Перспективы применения метода

УДК 539.2(06) Физика твердого тела
Л.В. ЕЛЬНИКОВА
Институт Теоретической и Экспериментальной Физики, РАН, Москва
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА β-ЯМР СПЕКТРОСКОПИИ В КВАНТОВЫХ ВЫЧИСЛЕНИЯХ
В настоящей работе описывается принцип выделения когерентных состояний,
реализуемый в методе β-ЯМР спектроскопии полупроводников.
Фазовые диаграммы полупроводников типа Si1-xGex продолжают интенсивно исследоваться в связи с тем, что уже при изменениях компонентного состава германия или кремния в пределах величин порядка 4%
проявляются свойства кристаллов, затрудняющие их выращивание в промышленных масштабах [1]. Внедрение примесей – атомов бора в узлы
решетки приводит к координации дефектов вокруг некоторой оси
кристалла и возникновению пиков асимметрии поляризации, доступных регистрации методом β-ЯМР спектроскопии с радиоактивными
ядрами.
В методике используются дейтроны с энергией 1.5 МэВ, полученные в
результате реакции 11B (d,p)12B, регистрируемый угол их разлета составляет приблизительно 45, около 10% внедренных спинов ядер бора оказываются поляризованными. В данной системе ядер в методике β-ЯМР используется квадрупольное взаимодействие между подуровнями с магнитными моментами m = 1, – 1 атомов бора 12B при воздействии магнитного
поля и градиента электрического поля. Положение подуровней со спинами I определяется соотношениями hνL = – (m/I )µB0, hνQ = eQVzz, где νL –
ларморовская частота, µ – ядерный магнитный момент 12B, µ = 1.002 µВ,
Q – квадрупольный момент (= 13.2 mb) (см. ссылки в [1]), Vzz – средняя
величина градиента электрического поля, B0 – величина внешнего магнитного поля.
Благодаря данным β-ЯМР спектроскопии можно исчерпывающе охарактеризовать две конфигурации атомов бора, проявляющиеся в квадрупольном взаимодействии: в промежуточном состоянии и в связанном с
ближайшими соседями (атомами германия) на решетке [1].
На первый взгляд ситуация с двухуровневой системой 12B имеет аналогию с ансамблевым квантовым компьютером [2], в которой существует
возможность двухкубитовых квантовых операций между атомами бора и
германия на решетке, управляемых внешними магнитным и электрическим полями, выполняющими роль вентилей. В роли кубитов должны
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 4
213
УДК 539.2(06) Физика твердого тела
выступать не отдельные ядерные спины, а их среднее значение по ансамблю во всем объеме кристалла.
Изменение состояния кубита описывается неунитарным оператором,
действующим на матрицу плотности начального состояния и имеющим
довольно сложный вид в силу размерности системы, создаваемый «нерешеточными» атомами бора (рис. 1).
Рис. 1
Для экспериментальной реализации, однако, принимая во внимание
имеющиеся данные численных расчетов для матрицы плотности [1] на
решетке, есть большие надежды на успех.
Автор благодарит за техническую поддержку И.И. Ульянову,
И.П. Сергеева, В.А. Добросельского, Н.В. Махалдиани, а также Ведущую
Научную Школу РФ (проект № 1907.2003.2).
Список литературы
1. Hattendorf J., Zeitza W.-D., Abrosimov N.V. et. al. Physica B 308-310 (2001) 535-538.
2. Валиев К.А. и Кокин А.А. Квантовые компьютеры: надежды и реальностью МоскваИжевск. 2002.
214
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 4