Квантовый компьютер на основе кремния возможен

В течение десятилетий ученые мечтали использовать атомные ядра в решетке кремния в качестве квантовых битов (кубитов), управляя ими с помощью магнитных полей. Недавно ученым из Австралии удалось разработать метод управления такими кубитами с помощью электрических полей, подобно тому, как мы управляем транзисторами в классических микросхемах.

 

«Такая технология крайне важна», - объясняет физик-исследователь из частной лаборатории HRL в Калифорнии, - «Такая технология могла бы потенциально ускорить переход от классических компьютеров к квантовым».

 

Классический компьютер оперирует битами, переключая их из состояния 0 в 1 и обратно. Квантовый компьютер оперирует кубитами, которые могут принимать значение 0, 1, или 0 и 1 одновременно, благодаря свойствам квантовых объектов (см. принцип суперпозиции). Такие свойства позволяют квантовым компьютерам обрабатывать одновременно огромное количество данных и решать задачи, на которые у обычных компьютеров ушло бы слишком много времени.

 

До сих пор не до конца ясно, какой тип кубита лучше. В квантовом компьютере Google все 53 кубита основаны на сверхпроводящих элементах. Воздействуя на такие кубиты микроволновым излучением, можно управлять их состоянием. Однако такие сверхпроводящие кубиты могут работать только при температурах, близких к абсолютному нулю внутри довольно большого криогенного рефрижератора. И чем больше кубитов будет в квантовом компьютере, тем больше таких рефрижераторов понадобится.

 

В 1998 году Брюс Кейн предложил создать элемент квантового компьютера на базе атома фосфора, помещённого на кремниевую кристаллическую решетку. Колебания магнитного поля позволяют управлять спином ядра атома фосфора. Такие кубиты не требуют охлаждения и на одной кремниевой микросхеме можно разместить миллионы кубитов.

 

Однако, у этой технологии есть один большой недостаток. Очень сложно управлять отдельными ядрами с помощью магнитного поля, поскольку оно 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. Работа ученых опубликована в журнале Nature.

 

Распределение электрического заряда внутри ядер не однородно, больше заряда возле полюсов, чем у экватора. Такая неоднородность дает экспериментаторам еще один инструмент для воздействия на спин ядра атома. Как утверждают исследователи, для изменения спина ядра атома достаточно обычного электрода.

 

Это свойство ученые открыли случайно. На самом деле они изучали, как ведут себя ядра сурьмы в кристаллической решетке кремния при воздействии переменного магнитного поля, генерируемого с помощью проводника. Но провод повредился и стал источником переменного электрического поля. И хотя ядра сурьмы по сути не являются кубитами, поскольку имеют 8 базовых состояний, ученые смогли выявить воздействие переменного электрического поля на них и решили попробовать использовать их для кубитов на основе ядер фосфора в кремниевой решетке.

 

Ученые планируют продолжить свои исследования, чтобы убедиться, что можно создать квантовое устройство из этих кубитов.

 

«Если квантовые компьютер на основе кремния возможен, то он будет изобретен», - утверждают авторы работы.

 

Читайте далее: квантовая криптография от российских ученых.

 

#квантовыйкомпьютер

#новостиквантовыйкомпьютер

#квантовыетехнологии

#кремниевыекубиты

#кубит

последние новости

квантовых технологий

Подписаться на новости SCDAILY