A HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatóinak áttörő eredménye a kvantumtechnológiában: közelebb a jövő szenzoraihoz és számítógépeihez

A kutatás középpontjában a szilícium-karbidban (4H-SiC) található apró, atomi léptékű hibák állnak, amelyek a következő generációs kvantumtechnológiák megbízható építőelemeivé válhatnak. Ezek a kristályok szerkezetében előforduló eltérések egy-egy elektront „csapdába ejthetnek”, és lehetővé teszik annak egyik alapvető tulajdonsága, az úgynevezett spinkvantumszám, avagy a belső forgás pontos mérését és irányítását. Ez a képesség elengedhetetlen a kvantumszámítógépek, kvantumszenzorok és kvantumkommunikációs rendszerek működéséhez.

A kutatók most egy kulcsfontosságú problémára találtak megoldást: hogyan lehet ezeket a kvantumállapotokat megbízhatóan kiolvasni, különösen szobahőmérsékleten. A válasz meglepően „mechanikus”: a kristályt finoman megfeszítve jelentősen javítható a különböző kvantumállapotok megkülönböztethetősége. A módszerrel 60 százalék feletti úgynevezett spin-kiolvasási kontraszt érhető el, ami komoly előrelépést jelent a gyakorlati alkalmazások felé.

Ez különösen fontos, mert ha a kvantumállapotok nem különíthetők el egyértelműen, a kvantumeszközök, például a szenzorok pontossága jelentősen romlik. A mostani eredmény tehát nemcsak elméleti jelentőségű, hanem közvetlenül hozzájárulhat a nagy érzékenységű, akár hétköznapi körülmények között is működő kvantumeszközök fejlesztéséhez.

A kutatás, amelyről a Phys.org tudományos folyóirat is beszámolt, magyar–kínai együttműködés keretében valósult meg Haibo Hu és munkatársai részvételével, és új utakat nyithat a következő generációs technológiák előtt, a kvantumkommunikációtól kezdve egészen a biokompatibilis fotonikai eszközökig.

A kutatók szerint az eredmények egyik legnagyobb jelentősége abban rejlik, hogy lehetővé teszik a kvantumrendszerek finomhangolását. Ez pedig nagyon fontos lépés afelé, hogy a jelenleg még kísérleti stádiumban lévő kvantumtechnológiák a jövőben széles körben is alkalmazhatóvá váljanak.

Gali Ádámot, a Kvantuminformatika Nemzeti Laboratórium vezetőjét, a rangos Academia Europaea nemrég tagjává választotta.