Исследование свойств N₂V⁰-центров окраски в алмазе, проведенное сотрудниками лаборатории квантовых информационных технологий радиофизического факультета (РФФ) Томского государственного университета (ТГУ), показало перспективность использования их для создания на алмазных лазерах высокочувствительных квантовых сенсоров магнитного поля, 29 ноября сообщает пресс-служба ТГУ.

Управление активными элементами квантовых сенсоров с помощью лазерной генерации на N₂V⁰-центрах позволит создавать инжекционные алмазные лазеры (лазерные диоды).

На их основе, в свою очередь, можно разработать быстродействующие интегральные квантовые сенсоры нового типа и создать работающий при комнатной температуре квантовый компьютер, который будет способен обрабатывать огромные массивы данных.

Проект «N₂V⁰-центры окраски алмаза для квантовой магнитометрии» разрабатывается в рамках стратегического проекта ТГУ «Технологии безопасности».

Еще в 2021 году радиофизики ТГУ в коллаборации с научными и инновационными коллективами из Москвы, Новосибирска и Томска первыми в мире создали лазер, излучающий на NV¯-центрах в алмазе при оптическом возбуждении.

Продолжение исследований в этой области показало, что алмазный NV¯-лазер является чувствительным квантовым магнитометром, а N₂V⁰-центры окраски в алмазе могут работать активными элементами квантовых сенсоров магнитного поля.

Ученые установили, что для управления активными элементами квантовых сенсоров и кубитами на основе NV¯- и N₂V⁰-центров окраски в алмазе можно использовать метод оптического детектирования магнитных резонансов, и в настоящее время они разрабатывают методику управления активными элементами таких квантовых магнитометров.

Руководитель проекта, заведующий лабораторией квантовых информационных технологий, доцент кафедры квантовой электроники и фотоники РФФ ТГУ Евгений Липатов пояснил суть сделанного открытия:

«При синтезе алмаза азот хорошо встраивается в кристаллическую решетку. Далее его можно трансформировать в NV¯- и N₂V⁰-центры окраски с помощью облучения электронами и последующего нагрева в вакууме до высокой температуры, а также с помощью других манипуляций».

Он продолжил, что с помощью радиационно-термической обработки и свойств центров окраски будет создана линейка «алмазеров» — инжекционных алмазных диодов, излучающих при протекании тока красный, оранжевый или зеленый свет. А далее на их основе либо с использованием метода оптического детектирования магнитных резонансов будут созданы интегральные квантовые сенсоры нового типа.

Такие миниатюрные сверхчувствительные и высокоточные датчики будут востребованы многими отраслями, например, при конструировании систем навигации беспилотников, в медицине, дефектоскопии конструкционных материалов и др.

Создавая квантовые сенсоры, команда проекта в рамках комплексных исследований также изучает методы управления с их помощью кубитами квантового компьютера, добавил Евгений Липатов.

Он отметил, что такой квантовый компьютер на основе центров окраски в алмазе, разрабатываемый специалистами ТГУ, имеет потенциальную возможность работать при комнатной температуре, в отличие от существующих в настоящее время квантовых вычислительных систем, которые требуют сверхнизких температур.

О разработанном в его лаборатории методе измерений работы квантовых сенсоров и кубитов на центрах окраски в алмазе Евгений Липатов рассказал на XX Международной конференции «Актуальные проблемы радиофизики», состоявшейся в ТГУ.

Результаты исследований по этому проекту ученые РФФ ТГУ опубликовали в научных иностранных и отечественных журналах: Nature communications (Q1), Квантовая электроника (Q3), Applied physics B (Q2), Physica status solidi (Q2).

В планах исследователей получить патент на изобретение, разработать экспериментальные стенды и установки, создать лабораторный образец и построить взаимодействие с промышленными партнерами для опытного производства высокочувствительных квантовых сенсоров магнитного поля.