Јонско-атомска квантна корелација у магнетном пољу базирана на ефекту суперфокусирања - процесуирање спинског кубита у силицијуму

Abstract

Теоријским и нумеричким моделовањем испитиван је танак <100> кристал и изотопски пречишћени нанокристал силицијума у 2 Т магнетном пољу, као медијум за директно генерисање јон-атом квантне корелације добијене као мешано квантно стање хиперполаризованих нуклеарних ½ спинова, спрегнутих са спиновима електрона помоћу ефекта суперфокусирања. Нумерички модел и карактеризација квантне корелације спрезања као стања вектора у Хилбертовом простору који не могу бити изражени директним тензорски производом квантних стања: 1ψ , ψ2, у датом случају укључује мешано квантно стање индуковано суперпонираним хиперканалисаним протонским снопом енергије 1 и 2 MeV на спинским стањима електрона у 29Si. Мотивисани чињеницом да директна индукција јонско-атомске квантне корелације и кохерентног складиштења квантних битова (кубита) у пожељна „дуго-живућа“ квантна стања може омогућити прецизну манипулацију кубита и јединствено мерење кубита у времену које превазилази секунде, истраживање особина и предности хибридних кубита у кондензованој материји смо први пут извршили у режиму јонског каналисања, базирано на ефекту спрезања електронског и нуклеарног спина у изотопски, 99% чистој мети нанокристала 29Si. Добијени резултати откривају пут ка продукцији новог типа меморијске јединице намењеној квантном процесирању у нанокристалном силицијуму и подржавају даље истраживање ка имплементацији јединствене меморијске јединице на субатомској скали намењеној складиштењу информације и квантном инжењерингу у чврстом стању, обзиром да остварена снажна квантна корелација 29Si нуклеарних спинских стања постаје далеко изолованија од деструктивних интеракција.

We have theoretically and numerically examined the <100> thin silicon crystal and isotopically purified silicon nanocrystal in the 2 T magnetic field as a medium for the direct generation of an ion-atom entanglement obtained as a mixed quantum state of hyperpolarized ½ nuclear spins hyperfine-coupled with electron spin, using the superfocusing channeling effect. Numerical modeling and characterization of entanglement as a state vector in the Hilbert space of the composite system that cannot be expressed as the direct tensor product of states: 1ψ , ψ2 , in a given case include mixed quantum state induced by the superimposed hyperchanneled proton beam of 1 and 2 MeV energy over electron spin states in 29Si. Motivated by the fact that direct induction of ion-atom entanglement and coherent storage of quantum bits (qubits) into desired long lived quantum states could permit the precise qubit manipulation, and single qubit measurement for times which could exceed seconds, we have for the first time investigated the features and benefits of hybrid solid- state qubits under ion channeling regime, based on coupling of electron spin to nuclear spin in the isotopic, 99% pure 29Si nanocrystal target. Obtained results reveal a pathway for production of a new type of memory unit for quantum processing in nanocrystaline silicon and support further exploration toward implementation of single memory unit below atomic scale aimed for information storage and solid state quantum engineering, since the achieved robust entanglement of 29Si nuclear states becomes far more isolated from destructive interactions.