• Julia Borisova

Случайное открытие ученых позволит создать квантовый компьютер на основе кремния

Ученым из Австралии удалось разработать новый метод управления кремниевыми кубитами с помощью электрического поля.


В течение нескольких лет ученые безуспешно пытались использовать в качестве кубитов атомные ядра в кристаллической решетке кремния. Такими кубитами принято управлять с помощью магнитных полей. Однако есть трудности локального воздействия на отдельные атомы. Поэтому долгое время вопрос о возможности создания квантовых устройств на основе кремния оставался нерешенным. Недавно ученым из Австралии удалось разработать новыq метод управления кремниевыми кубитами, но не с помощью магнитного поля, а с помощью электрического поля.

Квантовый компьютер на основе кремния возможен

Классический транзисторный компьютер оперирует битами, которые могут принимать значение 0 и 1. Квантовый компьютер использует в качестве единицы информации так называемые кубиты, которые могут принимать значение 0, 1, а также 0 и 1 одновременно. Это возможно благодаря квантовым свойствам объектов. Именно эти свойства делают квантовые компьютеры уникальными при одновременной обработке огромного количества данных и решении определенного рода задач.

До настоящего времени ученые не знают, какая физическая реализация кубита лучше. Так, например, квантовый компьютер компании Google основан на сверхпроводящих элементах. Управлять состоянием сверхпроводящих кубитов можно с помощью микроволнового излучения. Однако сверхпроводящие кубиты имеют существенный недостаток: они могут работать только при чрезвычайно низких температурах, близких к абсолютному нулю. И это значит, что квантовое устройство на сверхпроводниках нужно постоянно охлаждать. Система охлаждения квантового компьютера Google по сравнению с самой квантовой микросхемой огромна. А в квантовом компьютере Google пока всего лишь 53 кубита.

Кубиты на основе атомов фосфора в кристаллической решетке кремния не требуют охлаждения, на одной кремниевой микросхеме можно разместить миллионы кубитов и это значит, что квантовое устройство на основе кремниевых кубитов могло бы быть гораздо компактнее, чем на основе сверхпроводящих кубитов.

Однако, до сих пор квантовый компьютер на основе кремния не создан. Это связано с тем, что управлять отдельными ядрами в кремнии с помощью магнитного поля очень сложно. Магнитное поле распространяется и воздействует также на соседние ядра.

Однако, недавно инженерам из Университета в Южном Уэльсе удалось найти способ управления такими ядрами с помощью электрических полей. Свою работу ученые опубликовали в журнале Nature.

Возможность воздействия на спин ядра атома в кремнии с помощью электрического поля ученые открыли случайно. На самом деле они исследовали, как ведут себя ядра сурьмы в кристаллической решетке кремния под воздействием переменного магнитного поля. Магнитное поле генерировалось с помощью проводника. Но провод в ходе экспериментов расплавился и испортился и поэтому стал источником переменного электрического поля. Ученые заметили, что электрическое поле оказало влияние на атомы сурьмы в кремнии. Было решено попробовать использовать переменное электрическое поле для кубитов на основе ядер фосфора в кремниевой решетке. И оказалось, что воздействовать с помощью электрического поля на состояние кубитов на основе кремния проще, чем с помощью магнитного поля.

Ученые планируют продолжить свои исследования, чтобы убедиться, что можно создать работоспособное квантовое устройство из кубитов на основе кремния.

Читайте далее: квантовая криптография от российских ученых.

#квантовыйкомпьютер

#новостиквантовыйкомпьютер

#квантовыетехнологии

#кремниевыекубиты

#кубит

Подписаться на новости SCDAILY