Российские ученые разработали лазер на основе дефекта алмаза — так называемой азото-замещенной вакансии. Этот дефект позволит развивать квантовые технологии, пишет «Наука в Сибири». Описание разработки опубликовал научный журнал Nature Communications.

NV^– diamond laser

For the first time, lasing at NV⁻ centers in an optically pumped diamond sample is achieved. A nanosecond train of 150-ps 532-nm laser pulses was used to pump the sample. The lasing pulses have central wavelength at 720 nm with a spectrum width of 20 nm, 1-ns duration and total energy around 10 nJ. In a pump-probe scheme, we investigate lasing conditions and gain saturation due to NV⁻ ionization and NV⁰ concentration growth under high-power laser pulse pumping of diamond crystal.
https://www.nature.com/articles/s41467-021-27470-7

«Ученые из ИСЭ СО РАН (Томск) в кооперации с исследователями из ТГУ, Всероссийского научно-исследовательского института автоматики им. Н. Л. Духова, Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН впервые в мире продемонстрировали алмазный лазер на NV-центрах при оптической накачке. Полученный результат имеет широкие перспективы для создания квантовых сенсоров и компьютеров, для развития квантовых вычислений и коммуникаций», — говорится в сообщении.

Для создания приборов необходим алмаз, на котором после радиационно-термической обработки образуются центры окраски, так называемые дефекты, стойкие к излучению.

Одни из центров окраски алмазов — NV-центры, или азотно-10замещенная вакансия — важны для развития квантовых технологий, потому как они состоят из одного атома и могут в будущем стать битом для квантового компьютера. Попытки добиться лазерного излучения от NV-центров велись учеными несколько десятков лет. В ходе работы ученые добились мощной энергии лазерного импульса прибора при коэффициенте полезного действия до 1%. Сейчас учеными проводится процедура патентования изобретения. В дальнейшем ученые планируют создать экспериментальную станцию научного оборудования для постоянной работы с алмазами, чтобы исключить зависимость от поставщиков.

Для этого им потребуется приобрести пресс, применяемый в производстве алмазов. Создание квантовых компьютеров является одной из актуальных задач для современной науки. Одним из возможных направлений для развития квантовых технологий стало применение лазерного излучения на точечных дефектах алмазов, а именно на азотно-замещенной вакансии, NV-центрах. Такой дефект, состоящий из одного атома, помогает предотвратить накапливание ошибок в работе квантовых алгоритмов, в отличие от применяемых кубитов, содержащих в себе большое число атомов.

Источник: https://nauka.tass.ru/nauka/13647213