11:14 2023-10-03
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Simulările dezvăluie povestea la scară atomică a qubiților
_ Simulările dezvăluie scara atomică povestea qubiților
Cercetătorii conduși de Giulia Galli de la Școala Pritzker de Inginerie Moleculară de la Universitatea din Chicago raportează un studiu computațional care prezice condițiile pentru a crea defecte specifice de spin în carbura de siliciu. Descoperirile lor, publicate online în Nature Communications, reprezintă un pas important către identificarea parametrilor de fabricație pentru defectele de spin utili pentru tehnologiile cuantice.
Defectele electronice de spin în semiconductori și izolatori sunt platforme bogate pentru informații cuantice, detecție și aplicații de comunicare. Defectele sunt impurități și/sau atomi deplasați greșit într-un solid, iar electronii asociați cu aceste defecte atomice poartă un spin. Această proprietate mecanică cuantică poate fi folosită pentru a furniza un qubit controlabil, unitatea de bază de funcționare în tehnologiile cuantice.
Cu toate acestea, sinteza acestor defecte de spin, realizată de obicei experimental prin procese de implantare și recoacere, nu este încă bine. înțeles și, mai important, nu poate fi încă pe deplin optimizat. În carbura de siliciu – un material gazdă atractiv pentru qubiții de spin datorită disponibilității sale industriale – diferite experimente au dat până acum recomandări și rezultate diferite pentru crearea defectelor de spin dorite.
„Nu a existat încă o definiție clară. strategie de a proiecta formarea defectelor de spin la specificațiile exacte pe care le dorim, o capacitate care ar fi foarte avantajoasă pentru avansarea tehnologiilor cuantice”, spune Galli, profesorul de inginerie moleculară și chimie al familiei Liew, care este autorul corespondent al noii lucrări. . „Așadar, ne-am angajat într-o lungă călătorie computațională pentru a pune următoarea întrebare: putem înțelege cum se formează aceste defecte prin efectuarea de simulări atomistice cuprinzătoare?”
Echipa lui Galli, inclusiv Cunzhi Zhang, cercetător postdoctoral în cadrul Galli’s grup și Francois Gygi, profesor de informatică la Universitatea din California, Davis — au combinat mai multe tehnici și algoritmi de calcul pentru a prezice formarea unor defecte specifice de spin în carbura de siliciu cunoscute sub numele de „divacanțe”.
„Divacanțe sunt create prin îndepărtarea unui atom de siliciu și a unui atom de carbon care stau strâns împreună într-un solid de carbură de siliciu. Știm din experimentele anterioare că aceste tipuri de defecte sunt platforme promițătoare pentru aplicații de detectare”, spune Zhang.
Quantum. detectarea ar putea permite detectarea câmpurilor magnetice și electrice și, de asemenea, dezvăluie modul în care apar reacțiile chimice complexe, dincolo de ceea ce este posibil cu tehnologiile actuale. „Pentru a debloca capabilitățile de detectare cuantică în stare solidă, trebuie mai întâi să fim capabili să creăm defectele de spin sau qubiții potrivite în locația potrivită”. spune Galli.
Pentru a găsi o rețetă pentru a prezice formarea unor anumite defecte de spin, Galli și echipa ei au combinat mai multe tehnici pentru a-i ajuta să analizeze mișcările atomilor și sarcinilor atunci când se formează un defect în funcție de temperatură. .
„De obicei, atunci când se creează un defect de spin, apar și alte defecte, care pot interfera negativ cu capacitățile de detectare vizate ale defectului de spin”, spune Gygi, principalul dezvoltator al principiilor moleculare. codul dinamic Qbox folosit în simulările cuantice ale echipei. „A fi capabil să înțeleagă pe deplin mecanismul complex de formare a defectelor este foarte important.”
Echipa a cuplat codul Qbox cu alte tehnici avansate de eșantionare dezvoltate în cadrul Midwest Integrated Center for Computational Materials (MICCoM), un program de calcul Centrul de știință a materialelor cu sediul la Laboratorul Național Argonne.
„Tehnicile noastre combinate și simulările multiple ne-au dezvăluit condițiile specifice în care defectele de spin divacancy pot fi formate eficient și controlabil în carbură de siliciu”, spune Galli. „În calculele noastre, lăsăm ecuațiile fundamentale ale fizicii să ne spună ce se întâmplă în interiorul structurii cristaline atunci când se formează defectele.”
Echipa se așteaptă ca experimentaliștii să fie interesați să folosească instrumentele lor de calcul pentru a proiecta o varietate. a defectelor de spin în carbura de siliciu și, de asemenea, în alți semiconductori, totuși avertizează că generalizarea instrumentului lor pentru a prezice o gamă mai largă de procese de formare a defectelor și matrice de defecte va necesita mai multă muncă. „Dar dovada principiului pe care am oferit-o este importantă – am arătat că putem determina computațional unele dintre condițiile necesare pentru a crea defectele de spin dorite”, spune Galli.
În continuare, echipa ei va continua să lucreze pentru a se extinde studiile lor computaționale și să-și accelereze algoritmii. De asemenea, ar dori să-și extindă investigația pentru a include o serie de condiții mai realiste. „Aici, ne uităm doar la mostre în forma lor în vrac, dar în probele experimentale există suprafețe, deformare și, de asemenea, defecte macroscopice. Am dori să includem prezența lor în simulările noastre viitoare și, în special, să înțelegem modul în care suprafețele influențează defectul de spin. formarea”, spune Galli.
Deși progresul echipei sale se bazează pe studii computaționale, Galli spune că toate predicțiile lor sunt înrădăcinate în colaborări de lungă durată cu experimentați. „Fără ecosistemul în care lucrăm, fără a discuta în mod constant și a colabora cu experienții, acest lucru nu s-ar fi întâmplat.”
Comentarii:
Adauga Comentariu