과학자들이 고체 상태 스핀 큐비트의 견고한 결맞음 제어로 양자 정보 처리 및 양자 센싱의 경계를 확장했다.
중국 과학원(CAS) 중국 과학기술대학(USTC) Guo Guangcan 교수가 이끄는 연구팀은 Wigner 물리학 연구 센터 Adam Gali 교수와 함께 안티-스트로크 (AS) 여기를 사용한 고체 상태 스핀 큐비트(spin qubits)의 견고한 결맞음(coherent) 제어를 실현했다.
고체 상태 컬러 센터 스핀 큐비트는 양자 컴퓨팅, 양자 네트워크 및 고감도 양자 감지에서 중요한 역할을 한다. 양자 기술 응용의 기초로 간주되는 광학적으로 감지된 자기 공명(ODMR) 기술은 스핀 상태를 감지하는 판독 방식을 제공한다. 고체 스핀 상태의 기존 ODMR 감지는 거의 모두 스트로크 여기(Strokes excitation) 영향 아래 여기 레이저는 방출된 광자보다 더 높은 에너지를 가져야한다.
고체 양자 기술의 범위를 확장하기 위해 연구원들은 먼저 여기 레이저의 에너지가 방출 광자의 에너지보다 낮은 실리콘 카바이드(SiC)에서 실리콘 공공 결함 스핀(silicon vacancy defect spin)의 AS 여기된 ODMR 감지를 실현했다.
연구진은 AS 여기 된 ODMR 신호에 대한 레이저 전력 및 온도의 의존성을 조사했다. 이를 통해 포논 지원(phonon-assisted) 단일 광자 흡수 프로세스에 의해 유도된 AS 광발광(photoluminescence, PL)이 모든 광학 고온 온도 감지에 적용 가능함을 입증했다.
연구를 바탕으로 AS 및 Strokes 여기 ODMR이 레이저 출력, 마이크로파 (MW) 출력 및 온도의 변화에 직면한 유사한 동작을 따르는 반면 AS ODMR 대비는 Strokes 대비 약 3 배 더 크게 유지된다는 것을 발견했다.
또한 연구진은 AS 여기에서 SiC에서 고체 스핀 상태의 결맞음 조작을 실현했다. 결과는 AS 여기 방법이 신호 대비를 약 3 배 증가시켜 양자 정보 처리 및 양자 센싱에 대한 AS 여기 ODMR 접근 방식의 잠재적 응용도 가능함을 보여주었다.
이 연구는 Nature Communications에 게재됐다.
