L'informatica quantistica potrebbe risolvere problemi impossibili per i supercomputer di oggi. La sfida per questa nuova forma di calcolo è l'elaborazione dei bit quantistici (qubit) che rappresentano i dati. Un qubit può essere creato controllando l'orientamento dello spin di un elettrone in un sito difettoso nel diamante. Risolvere un problema, un computer quantistico utilizza porte logiche per accoppiare più qubit e generare nuove informazioni. Gli scienziati hanno progettato un nuovo protocollo che può essere utilizzato per sviluppare rapidamente, porte logiche robuste per qubit. Le porte semplici riorientano lo spin dell'elettrone sui siti di difetto nel diamante. Questa nuova scoperta consentirebbe una manipolazione più rapida ed efficiente degli spin o qubit degli elettroni.

I ricercatori esercitano una nuova forma di controllo geometrico veloce sull'orientamento di spin dell'elettrone. Ciò consente a porte più veloci e meno di ottenere la stessa operazione sul qubit delle tecniche convenzionali, facilitando così lo sviluppo dei futuri computer quantistici. Come bonus aggiuntivo, i nuovi varchi sono inoltre meno sensibili al rumore rispetto alle operazioni odierne (in particolare, sequenziale, operazioni multi-impulso). Il rumore può distruggere le informazioni quantistiche. Il controllo dei qubit ha il potenziale per avvicinarci ai pratici computer quantistici. Potrebbe far progredire la nostra capacità di sviluppare logica quantistica ad alta fedeltà.

I computer classici sono macchine per macinare numeri, eseguire operazioni aritmetiche di base sui numeri. In linguaggio informatico, questi numeri sono espressi in unità binarie di zero e uno, chiamati anche bit. ogni bit, perciò, memorizza la più piccola informazione e può accettare un valore di 1 o 0. Simile ai computer classici, i computer quantistici sono progettati per funzionare su bit quantistici. Una straordinaria proprietà dei qubit è che possono essere di qualsiasi valore uguale o compreso tra -1 e +1, finché non li misuriamo. Come in un computer classico, gli stati iniziali dei qubit devono essere preparati prima dell'elaborazione dei dati quantistici o dell'archiviazione dei dati.

Il diamante è un materiale molto promettente per l'elaborazione delle informazioni quantistiche. nel diamante, un atomo di azoto può sostituire un atomo di carbonio. Quando l'azoto è vicino a un atomo di carbonio mancante nel reticolo cristallino, questo è chiamato un difetto di vacanza di azoto. Oltre a possedere una carica, questa impurità possiede una proprietà nota come spin che può essere utilizzata per memorizzare informazioni quantistiche. Il suo spin può essere inizializzato, manipolato, e "leggere" con un laser a temperatura ambiente, a differenza di altre architetture di calcolo quantistico che richiedono basse temperature. Questa singola impurità può emettere un fotone alla volta. Un fotone può trasportare un qubit di informazioni. I ricercatori hanno scoperto un metodo semplice per preparare e manipolare lo stato quantistico di un centro di azoto vacante che agisce come un qubit. I gate vengono utilizzati per preparare e manipolare le transizioni elettroniche dei qubit. Una porta geometrica si basa sull'evoluzione o sul percorso geometrico dello spin anziché sulle differenze di energia coinvolte nelle porte utilizzate nei computer tradizionali. Questa particolare porta geometrica utilizza un singolo impulso laser per inviare lo spin dell'elettrone attraverso un ciclo ad alta velocità. La geometria del ciclo è controllata dal singolo impulso laser e determina le operazioni finali di gate e le transizioni elettroniche. Ulteriore, un attento controllo dell'energia dell'impulso ha migliorato significativamente la fedeltà della transizione elettronica rispetto alle tradizionali tecniche multi-impulso, semplificando il percorso verso le tecnologie quantistiche pratiche.