Одноатомный дефект в слоистом двумерном материале может удерживать квантовую информацию в течение микросекунд при комнатной температуре, показало исследование. Физики из Манчестерского и Кембриджского университетов продемонстрировали спиновую когерентность — свойство, при котором электронный спин может сохранять квантовую информацию — в условиях окружающей среды. Эффектом, возникающим в гексагональном нитриде бора можно управлять с помощью света.

Гексагональный нитрид бора — это ультратонкий материал, состоящий из сложенных друг на друга слоев толщиной в один атом. Они удерживаются вместе силами между молекулами, но иногда между слоями возникают крошечные «одноатомные дефекты», подобные кристаллу, внутри которого заперты молекулы. Эти дефекты могут поглощать и излучать видимый свет, а также действовать как локальные ловушки для электронов.

Из-за дефектов материала физики могут изучать, как ведут себя эти захваченные электроны, в частности, свойство спина, которое позволяет электронам взаимодействовать с магнитными полями. Они также могут контролировать и манипулировать спинами при комнатной температуре, используя свет внутри дефектов.

Результаты показывают, что как только мы запишем определенное квантовое состояние на спин этих электронах, эта информация сохраняется в течение примерно 1 миллионной доли секунды, что делает эту систему очень многообещающей платформой для квантовых приложений, – Кармем М. Джилардони, соавтор статьи и научный сотрудник Кембриджского университета.

Хотя время сохранения информации может показаться очень коротким, оно превышает все достижения при комнатной температуре, о которых сообщалось ранее, добавляют ученые. Результаты испытаний показывают потенциал использования двумерных материалов для квантовых технологий, но потребуется время, чтобы реализовать практические приложения.

Физики продолжают изучать материал, чтобы выяснить, как сделать дефекты еще лучше и надежнее, и в настоящее время исследуют, насколько они могут продлить время хранения спина. Они также исследуют, смогут ли они оптимизировать параметры системы и материала, важные для квантово-технологических приложений, такие как стабильность дефекта во времени и качество излучаемого света.