Utiliser le son pour tester des appareils et contrôler les qubits

Les résonateurs soniques sont partout. En fait, il y a de fortes possibilities que vous en teniez un dans votre primary en ce second. Aujourd’hui, l. a. plupart des smartphones utilisent d’énormes résonateurs comme filtres radiofréquences pour filtrer le bruit qui pourrait autrement dégrader le sign. Ces filtres sont également utilisés dans l. a. plupart des systèmes Wi-Fi et GPS.

Les résonateurs acoustiques sont plus stables que leurs homologues électriques, mais peuvent se détériorer avec le temps. Il n’existe actuellement aucun moyen easy de surveiller et d’analyser l. a. dégradation de l. a. qualité des matériaux pour ces appareils largement utilisés.

Aujourd’hui, des chercheurs de l. a. Harvard John Paulson Faculty of Engineering and Carried out Science (SEAS), en collaboration avec des chercheurs du laboratoire OxideMEMS de l’Université Purdue, ont développé un système qui utilise les lacunes atomiques dans le carbure de silicium pour mesurer l. a. stabilité et l. a. qualité des résonateurs acoustiques. . En outre, ces postes vacants peuvent également être utilisés pour le traitement de l’data quantique à contrôle acoustique, offrant ainsi une nouvelle façon de manipuler les états quantiques intégrés dans ce matériau couramment utilisé.

“Le carbure de silicium, qui héberge à l. a. fois des sondes de messagerie quantique et de résonateur acoustique, est un semi-conducteur industrial facilement disponible qui peut être utilisé à température ambiante”, a déclaré Evelyn Ho, professeur Tar Queen de body appliquée et de génie électrique. Professeur d’arts et de sciences Robin Lee et Melissa Ma et auteur fundamental de l’article.

“En tant que sonde à résonateur acoustique, cette technologie en carbure de silicium peut être utilisée pour surveiller les performances des accéléromètres, des gyroscopes et des horloges tout au lengthy de leur durée de vie, et dans un schéma quantique, elle a le potentiel de créer des mémoires quantiques hybrides et des réseaux quantiques.”

Los angeles recherche a été publiée dans Electronique naturelle.

Un regard à l’intérieur des résonateurs acoustiques

Le carbure de silicium est un matériau courant dans les systèmes microélectromécaniques (MEMS), qui comprennent les résonateurs acoustiques en vrac.

“Les résonateurs en carbure de silicium pouvant être fabriqués à l’échelle d’une tranche, en particulier, sont connus pour avoir les meilleures performances de leur catégorie en termes de facteur de qualité”, a déclaré Sunil Bhave, professeur à l’Elmore Circle of relatives Faculty of Electric and Laptop Engineering de l’Université Purdue et co-auteur. de l’étude. . “Mais les défauts de croissance cristalline tels que les dislocations et les joints de grains ainsi que les défauts de fabrication du résonateur tels que l. a. rugosité, les contraintes d’attache et les petits cratères peuvent provoquer des zones de focus de contraintes au sein du résonateur MEMS.”

Aujourd’hui, l. a. seule façon de voir ce qui se passe à l’intérieur d’un résonateur acoustique sans le détruire est d’utiliser des rayons X ultra-puissants et très coûteux, comme le faisceau de rayons X à huge spectre du Laboratoire nationwide d’Argonne.

“Ces varieties de machines coûteuses et difficiles d’accès ne peuvent pas être déployées pour des mesures ou une caractérisation dans une fonderie ou dans un endroit où vous pouvez réellement fabriquer ou déployer ces appareils”, a déclaré Jonathan Dietz, étudiant diplômé de SEAS et l’un des co-responsables de l’étude. -auteurs. Auteur du papier. “Notre motivation était d’essayer de développer une approche qui nous permettrait de surveiller l’énergie acoustique à l’intérieur d’un énorme résonateur acoustique afin que vous puissiez ensuite prendre ces résultats et les réintégrer dans le processus de conception et de fabrication.”

Le carbure de silicium héberge généralement des défauts naturels dans lesquels un atome est retiré du réseau cristallin, créant ainsi un état électronique localisé dans l’espace dont le spin peut interagir avec les ondes sonores en contraignant le matériau, comme l. a. contrainte générée par un résonateur acoustique.

Lorsque les ondes sonores se déplacent à travers le matériau, elles provoquent des contraintes mécaniques sur le treillis, ce qui peut inverser le défaut de rotation. Les changements dans l’état de spin peuvent être observés en projetant un laser à travers le matériau pour voir combien de défauts sont « activés » ou « désactivés » après avoir été perturbés.

“Los angeles luminosité ou l’intensité de l. a. lumière indique l. a. power de l’énergie acoustique dans l’environnement native où se trouve le défaut”, a déclaré Aaron Day, étudiant diplômé de SEAS et co-auteur de l’article. “Comme ces défauts ont l. a. taille d’un seul atome, les informations qu’ils vous fournissent sont très locales et, par conséquent, vous pouvez réellement cartographier les ondes sonores à l’intérieur de l’appareil de cette manière non damaging.”

Cette carte peut indiquer où et remark un système peut se détériorer ou ne pas fonctionner de manière optimale.

Commande vocale

Les mêmes défauts du carbure de silicium peuvent également former des qubits au sein du système quantique.

Aujourd’hui, de nombreuses tactics quantiques reposent sur l. a. cohérence des spins : combien de temps les spins resteront dans un état particulier. Cette cohésion est souvent contrôlée à l’aide d’un champ magnétique.

Mais avec leur method, Hu et son équipe ont démontré qu’ils peuvent contrôler l. a. rotation en déformant mécaniquement le matériau à l’aide d’ondes sonores, obtenant ainsi une qualité de contrôle similaire à d’autres méthodes utilisant des champs magnétiques alternatifs.

“L’utilisation des propriétés mécaniques naturelles d’un matériau – sa contrainte – élargit l. a. portée du contrôle des matériaux dont nous disposons”, a déclaré Hu. “Lorsque nous déformons le matériau, nous constatons que nous pouvons également contrôler l. a. cohérence du spin et que nous pouvons obtenir cette data simplement en envoyant une onde sonore à travers le matériau. Cela fournit une nouvelle approche importante de l. a. propriété intrinsèque du matériau que nous pouvons utiliser. pour contrôler l’état quantique intégré dans ce matériau.