Возбуждённый светом дефект кристалла может передать энергию колебаниям атомов вместо испускания фотона. Этот безызлучательный путь — внутренняя конверсия — оказался существеннее прежних оценок для одного из перспективных дефектов карбида кремния.
Полезная неоднородность внутри твёрдого материала
Под дефектом здесь понимают определённое нарушение атомной структуры, а не трещину, видимую глазом. Некоторые такие центры обладают состояниями, которыми можно управлять и которые можно считывать оптически. Поэтому их исследуют для квантовых датчиков и других технологий.
Но возможность возбудить центр лазером — лишь часть задачи. Нужно знать, как долго он остаётся в нужном состоянии и какими путями из него выходит. Потеря энергии без света меняет этот цикл и может сделать предсказания модели неточными.
Что добавили в расчёт
Стефано Паоло Виллани, Юй Цзинь и Джулия Галли представили метод в Physical Review Letters 14 октября 2026 года. Авторы включили в расчёты связь электронных состояний с колебаниями атомов и сложные электронные эффекты, необходимые для оценки внутренней конверсии.
Команда Чикагского университета реализовала подход в открытом вычислительном комплексе WEST. Это метод расчёта процессов в материале, а не сообщение о создании готового квантового компьютера. Его проверяли, сопоставляя предсказания с известными экспериментальными измерениями.
Алмаз подтвердил ожидания, карбид кремния их уточнил
Для азотно-вакансионного центра в алмазе результаты согласовались со спектроскопией. Значение внутренней конверсии зависело от того, какие электронные состояния участвовали в процессе: нельзя назначить один универсальный механизм всему оптическому циклу.
Более неожиданным оказался расчёт дивакансии в карбиде кремния — структуры с двумя соседними отсутствующими атомами. Учёт прежде недооценённого безызлучательного канала помог объяснить расхождение между расчётным и экспериментальным временем жизни возбуждённого состояния. Энергия не исчезала: она переходила в другой вид движения внутри материала.
Почему это не обещание лучшего кубита
Более полная модель помогает точнее выбирать и исследовать материалы. Однако время жизни оптического возбуждения и время сохранения квантовой когерентности — разные характеристики. Улучшение расчёта одной из них ещё не доказывает улучшение всей системы.
У метода есть и практическая цена: подробное моделирование требует значительных вычислительных ресурсов. Исследователи рассматривают способы снизить эти затраты и расширить подход на другие системы. Перенос результата на новый материал потребует отдельной проверки.
Читайте также: Что физики исследуют для объединения квантовых вычислительных модулей
Работа помогает учитывать потери энергии ещё при проектировании. Понимание того, как квантовые дефекты теряют энергию без излучения света, позволяет раньше заметить слабое место модели, а не объяснять несовпадение с опытом уже после изготовления устройства.