Gli scienziati stanno studiando diversi sistemi quantistici per applicazioni di calcolo e rilevamento quantistico. Un sistema, i qubit di spin, si basa sul controllo dell'orientamento dello spin di un elettrone all’interno delle impurità nei materiali semiconduttori che compongono i qubit, che possono includere piccole quantità di materiali diversi dal materiale principale di cui è fatto un semiconduttore. I ricercatori hanno recentemente dimostrato come realizzare qubit di spin di alta qualità basati sulla presenza di cromo nel carburo di silicio.
I ricercatori stanno esplorando la presenza di questi elementi come potenziali qubit di spin. Un vantaggio di questi qubit di spin è che emettono luce a lunghezze d'onda compatibili con le fibre ottiche delle telecomunicazioni. Ciò significa che sono potenzialmente utili per le reti quantistiche che utilizzano la fibra ottica per collegare i qubit.
Sfortunatamente, i problemi con la qualità dei materiali hanno limitato la vitalità di questi qubit di spin. I ricercatori hanno recentemente studiato nuovi modi per produrre difetti di cromo nel carburo di silicio, impiantando ioni di cromo nel carburo di silicio, quindi li hanno riscaldati a più di 1600 gradi centigradi. Questo ha prodotto un materiale con difetti di spin che hanno una qualità qubit molto più elevata. Questo risultato potrebbe portare a comunicazioni quantistiche che utilizzano le odierne tecnologie a semiconduttore e fibra ottica.
Un numero crescente di tentativi di commercializzare computer quantistici e sensori quantistici ha investito molto in tipi specifici di qubit. Tuttavia, i ricercatori devono superare una serie di sfide per realizzare l'informatica quantistica pratica, la comunicazione e il rilevamento. Hanno bisogno di una migliore comprensione dei limiti fondamentali di vari tipi di qubit.
I qubit di spin sono particolarmente interessanti perché lo spin elettronico può memorizzare informazioni per lungo tempo rispetto a molti altri tipi di qubit. Inoltre, questi qubit possono essere azionati a temperatura ambiente e possono essere controllati e letti utilizzando l'ottica. Le interfacce ottiche saranno importanti per lo sviluppo di questa tecnologia poiché i fotoni possono trasportare informazioni quantistiche su lunghe distanze utilizzando le reti in fibra di telecomunicazione esistenti.
La ricerca qui riportata ha dimostrato che gli ioni di cromo impiantati in substrati di carburo di silicio disponibili in commercio, e poi ricotti ad alta temperatura, hanno prodotto difetti di spin singolo che possono essere utilizzati per i qubit di spin. Lo stesso metodo potrebbe essere usato per creare difetti di vanadio o molibdeno mentre i ricercatori continuano la ricerca del qubit ideale.