Обычные компьютеры обрабатывают биты, основные единицы и нули, по одному. Но в квантовых вычислениях «кубит» может быть одновременно единицей или нулем.
Это двойное состояние позволяет выполнять многозадачность с поразительной скоростью, что может экспоненциально увеличить вычислительную мощность крошечной, крошечной машины.Центр «NV-» может быть создан в структуре, подобной каркасу алмаза, путем замены отсутствующего атома углерода на атом азота (N), который захватил электрон, делающий центр отрицательно заряженным. Ученые могут следить за поведением центра и тем самым открывать окно для понимания того, как электроны реагируют на различные условия. Центр может стать кубитом в будущих квантовых компьютерах.
Электроны вращаются вокруг своего атома по разным орбитам и, по аналогии, вращаются, как Земля. Впервые Стружкин и его группа под руководством Маркуса Доэрти из Австралийского национального университета наблюдали, что происходит с электронами в этих NV-центрах при высоком давлении и нормальной температуре. Соавтор исследования Виктор Стружкин из Научного института Карнеги объяснил: «Наша методика предлагает новый мощный инструмент для анализа и манипулирования электронами, чтобы углубить наше понимание сверхпроводимости высокого давления, а также магнитных и электрических свойств».
Стружкин и его команда подвергли монокристаллические алмазы воздействию давления до 600 000 раз выше атмосферного давления на уровне моря (60 гигапаскалей, ГПа) в ячейке с алмазной наковальней и наблюдали, как это влияет на спин и движение электронов. Они оптически возбуждали NV-центры светом и сканировали микроволновые частоты в процессе, называемом оптически детектируемым магнитным резонансом, для определения любых изменений. NV-центр очень чувствителен к магнитным полям, электрическим полям и нагрузкам.
До сих пор исследователи думали, что орбиты электронов, которые вносят вклад в электронную структуру и спиновую динамику дефекта, локализованы в области, непосредственно окружающей вакансию. Доэрти объяснил: «Вместо этого наша команда обнаружила, что электроны также вращаются вокруг более удаленных атомов и что диапазон их орбит сокращается с увеличением давления».
Помимо опровержения прежних представлений об электронных орбитах, исследователи обнаружили чувствительные средства измерения давления. Этот метод может обнаруживать изменения давления примерно на 10 атмосфер за одну секунду, даже до давления 500 000 атмосфер (50 ГПа).
«Эта работа демонстрирует, что дефекты в алмазе обладают большим потенциалом в качестве квантовых датчиков явлений высокого давления и, наоборот, что высокое давление может быть использовано для изучения квантовых явлений дефектов», — заметил Доэрти.