Современная электроника №8/2022

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 31 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2022 электроном, спином которого можно управлять с помощьюмагнитного поля. В принципе возможны два вариан- та кубитов в такой системе. В одном случае можно использовать спин вра- щения ядра примесного атома азота. В другом случае в роли кубита выби- рается спин электрона, вращающегося вокруг атома примеси. При этом элек- трон в NV-центре может находиться в суперпозиции двух спиновых состоя- ний и выполнять роль кубита. Структура кристаллов NV имеет почти идеальные для идентифика- ции уровни возбуждённого состояния при криогенных температурах до 10 K. Энергетические уровни и связанные с ними оптические переходы при низ- ких температурах позволяют эффек- тивно связывать спины NV и оптиче- ские фотоны. Оптические переходы ( ~ 637 нм) на возбуждённые подуров- ни не изменяют спиновое состояние и могут использоваться для считывания состояния кубита. При этом заданная спиновая поляри- зация может сохраняться до несколь- ких миллисекунд. Увеличение времени когерентности было достигнуто за счёт удаления ядерных и электронных спи- нов, которые действуют как источни- ки декогеренции. С этой целью исполь- зовался метод изотопного обогащения атомами углерода C-12. Следует особо подчеркнуть, что боль- шие времена когерентности были полу- чены также в экспериментах при ком- натной температуре [50]. Сочетание времени жизни когерент- ности, равное нескольким миллисекун- дам, с высокими скоростями спиново- го возбуждения, достигавшими 1 ГГц, позволяют проводить до 1 миллио- на операций с одним кубитом за вре- мя когерентности. Эти характеристи- ки выгодно отличают кубиты типа NV от других кубитов с «искусственными атомами». Кроме алмазных кубитов использу- ются также и дефекты в других кри- сталлах. Так, например, в работе [51] описаны кубиты, изготовленные с использованием тонких плёнок диок- сида титана, легированных эрбием, выращенные на подложке из изолято- ра на кремниевой основе. Одним из наиболее серьёзных недо- статков схем кубитов с искусственными атомами в дефектах кристаллической решётки является тот же самый момент «искусственности», который был отме- чен выше для кубитов на сверхпрово- дящих элементах. Невозможно сделать два абсолютно одинаковых кванто- вых объекта, образовать из них без- упречную когерентную пару и, мало того, запутать их с другими кубитами в вычислительной ячейке. Оригинальное решение было пред- ложено в работе [52], в которой рассмо- трены процессы гетерогенной интегра- ции массивов алмазных волноводов, содержащих в своей структуре замеща- ющие атомы германия. В эксперимен- тальной установке была использована структура из 128 центров замещения кристаллической углеродной решёт- ки атомами германия. Неоднородности отдельных оптических переходов цен- тров замещения компенсировались с помощью интегрированной настройки на частоте более 50 гигагерц без ухуд- шения ширины линии. Вместо того чтобы связывать все кубиты в едином алмазном образце, авторы изготавли- вали множество отдельных модулей, а затем отобрали наиболее качествен-