Kvantumtechnológiai rendszerek: szimuláció és kísérleti megvalósítás Gali Ádám MTA Wigner FK BME Atomfizika Tanszék - NKFIH Magyar Fizikus Vándorgyűlés Szeged

„European Commission will launch €1 billion quantum technologies flagship” kvantum biztonságos kommunikáció, kvantumszenzorok, kvantumszimuláció -és számítás „In response to the European Commission Work Programme , QUANTERA Partners are currently working on an ERANET Cofund proposal in Quantum Technologies.” Kvantumtechnológia: a közeljövő technológiája NKFIH (Magyarország) csatlakozott ehhez a kezdeményezéshez

James N. Eckstein and Jeremy Levy, MRS Bulletin 38, 783, (October 2013) Információ: fizikai objektum szilárdtest-fizika és kvantumoptika metszéspontjában

Nano Letters, Nature, Science NV centrum a gyémántban: kvantumeszköz nanoskálájú szenzor

NV centrum a gyémántban: tipikus mérési elrendezés Külső fényút Konfokális mikroszkóp Mintatartó

NV centrum a gyémántban: ODMR jelenség e-e- A 1 0 E ±1 1A11A1 3A23A2 3E3E + rezgés 1E1E E ±1 E 0 A 1, A 2 ±1 rezgési alsáv E ±1 A 1 0 D: nulltér-felhasadás mikrohullámú pulzus |±1> |0>  kontraszt a lumineszcenciában  optikailag detektált mágneses rezonancia Science (2007) összefonódás az e-spin és több 13 C magspin között … de a felskálázás nehéz ahol a kiolvasás robosztus… N-donor

NV centrum a gyémántban: Bell-teszt Hensen, B. et al., Nature 526, (2015)

NV és egyéb centrumok elektronszerkezet- számítása: fejlesztések és implementációk sűrűségfunkcionál-elméleti számítások szupercella modellekben hiperfinom-csatolás [PRB (2013)] elektron spin – elektron spin csatolás (nulltér-felhasadás) [JP:CM (2014); PRB (2014)] impakt ionizáció és Auger ráták [PRL (2013)] korrellált d-elektronok kezelése [PRB (2013); (2014)] kvantumvölgyek (rétegződési hibák) és ponthibák kölcsönhatása [Nanoscale (2014); Nature Communications, (2015)] az optikai spinpolarizáció részletes elmélete [PRB (2015)] komplex felületek és kvantumbezártság modellezése [Nano Letters (2014); JP:CM (2014)] dinamikus Jahn-Teller csatolás és a Hezberg-Teller effektus modellezése ponthibák optikai spektrumában [Nature Communications, (2016); arXiv: ; arXiv: ] ponthibák multiplet állapotainak és energiáinak számítása (publikáció előkészületben)

Jól skálázható kvantumbitek ponthibákból? gyémánt szilícium szilícium-karbid (SiC) Hidaljuk át a gyémánt és szilícium közötti „távolságot” …

SiC: ismert félvezető technológia UV-LED 20  m, Q=19 000, SiC- on-Si mikrorezonátor MEMS fotonikus kristály MOS MOSFET Bipoláris dióda SiC: bioinert anyag (Wigner ADMIL, Beke Dávid)

SiC: megjósolt kvantumbitek Divakancia: A. Gali, pss(b) 248, 1337 (2011) Szén antisite-vakancia pár: Castalletto, Gali et al., Nature Materials (2014); Castalletto, Gali et al., ACS Nano (2014); Szász, Gali et al., Phys. Rev. B (R) (2015) [Wigner ADMIL] Si-vakancia: A. Gali, J. Mat. Res (2012); Widmann, Gali et al., Nature Materials (2015) Si-antisite rétegződési hibákban: Lohrmann, Gali et al., Nature Communications (2015)

SiC: divakancia kvantumbitek VB CB e a1a1 divakancia NV Gali: ICSCRM 2009 Proc. & pss (b) 248, 1337 (2011) kísérletekben az áttörést a David D. Awschalom csoportja érte el: Nature 479, (2011) 1.9 eV 1.1 eV VB CB e a1a1 e

SiC divakancia: optikai magspin polarizáció Awschalom, Gali et al., Physical Review Letters, (2015)

Optikai magspin polarizáció Hamilton-operátor Általános eset egy közeli magspinre: Mágneses tér iránya a szimmetriatengely mentén: Ha a magspin a szimmetriatengelyen ül: A lenti bázisban M S = {0,-1}, M I = {±1/2}

Optikai magspin polarizáció Hamilton-operátor a teljes tenzort ab initio számításból kaphatjuk meg

Optikai magspin polarizáció: magspin polarizáció invertálása arXiv: Ivády Viktor kísérletszimuláció

Optikai magspin polarizáció: magspin billegtetése rádiófrekvenciás gerjesztés nélkül 29 Si 13 C arXiv:

Kvantum- és félvezetőtechnológia összekapcsolása I~  A → a színcentrumok mélysége: nm

Köszönöm a figyelmet! David Awschalom Dmitry Budker Stefania Castalletto Jim Choyke Erik Janzén Fedor Jelezko Brett Johnson Mikhail Lukin Jörg Wrachtrup Jürgen von Bardeleben Jeronimo R. Maze Péter Deák Martijn Marsman Igor Abrikosov Michel Bockstedte Audrius Alkauskas Marcus Doherty Andrea Marini Együttműködő partnerek: