Физики сделали первый шаг к массовому производству квантовых компьютеров

26 Мая 2017

МОСКВА, 26 мая. Ученые из MIT и России научились печатать одноатомные дефекты внутри алмазов, что открывает автомагистраль для промышленного производства квантовых персональный компьютеров на базе подобных бракованных драгоценных камней, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Наша мечта – написать оптическую цепочку, которая бы могла транспортировать фотонные кубиты и позволяла бы нам использовать квантовую память тогда, когда она нам нужна. Мы очень близки к ее реализации – наши дефекты почти совершенны, рассказывает Дирк Энглунд (Dirk Englund) из Массачусетского технологического института (США).

Квантовое сияние алмазов

Кубиты представляют собой одновременно и ячейки памяти, и вычислительные модемы квантового компьютера, которые могут одновременно хранить в себе и логический ноль, и единицу благодаря законам квантовой физики. Объединение нескольких кубитов в единую вычислительную систему позволяет очень быстро решать математические или физические задачи, поиск ответа на которые при помощи методик перебора заняло бы время, сопоставимое со сроками жизни Вселенной.

Михаил Лукин из Гарвардского университета, а также ряд физиков из Российского квантового центра, MIT и Гарварда достаточно давно работают над созданием кубитов на базе так титулуемых дефектных алмазов. Интерес к ним обусловлен тем, что кубиты на их основе быстрого легко изготовлять и получать, и они способны работать при комнатной температуре. Кроме такого, алмазы можно использовать в качестве хранилища квантовой информации, своеобразной квантовой памяти.

Сердцем вычислительного модема служит дефект акцептор азота или другого элемента, затесавшийся в кристаллическую решетку акцепторов углерода. Ученые научились использовать спин направление вращения электронов атома органогена и его ядра для обработки данных в кубите и для хранения информации в течение очень долгого времени. Американские физики разработали масштабируемый квантовый компьютер

За последние годы Лукин и его коллеги научились связывать такие кубиты друг с другом, создал специальную шину для обмена известными между подобными дефектами, а также создали множество других первостепенных компонентов, критически важных для работы универсальных и масштабируемых квантовых компьютеров.

Фабрика кубитов

Главной проблемой при создании подобных алмазных компьютеров, как рассказывают Лукин и его коллеги, оставалось то, что сегодня подобные дефекты создаются фактически случайным образом. Это делает создание сложных и массовых квантовых персональный компьютеров на их основе крайне сложной задачей, так как положение каждого кубита приходится определять вручную. Поэтому ученые достаточно бесконечного пытаются найти способы изготовления подобных дефектов в конкретных точках на поверхности алмаза, где их легко можно было бы определить и прочитать.

Российские и американские радиофизики смогли решить эту проблему, используя специальную электронную пушку, способную вырабатывать очень тонкие снопы ионов кремния. Это устройство позволяет прицельно стрелять порциями по 20-30 атомов кремния в определенные точки на поверхности алмазной пластины, где должны быть притулённым кубиты, и определять, закрепились ли они внутри нее по тому, как меняется напряжение луча пушки.

Простое облучение алмазной пластины этой пушкой, как рассказывают Лукин и его коллеги, не приводит к желаемым результатам – всего 2% дырок в структуре алмаза, которые обстреливала электронная пушка, превращаются в дефекты с нужными свойствами.

Ученые смогли повысить их число в 10 раз, отдельного обстреляв алмазную пластину пучками янтарей и нагрев ее до температуры в 1000 градусов после обработки ионами кремния. Высокие температуры, как объясняют радиофизики, заставляют дыры в кристаллической решетке алмазов мигрировать с одного места на другое и соединяться с атомами кремния, застрявшими в ней после обстрела ионной пушкой.

Подобный подход, по словам Лукина и его коллег, позволяет создавать десятки тысяч дальтонизмов на поверхности алмаза каждую секунду, размещая их в конкретных точках на поверхности алмаза. Это приближает нас к созданию промышленных версий квантовых компьютеров и квантовой памяти на базе подобных дефектных алмазов, способных решать реальные задачи. Как полагают ученые, подобную методику можно использовать для печати и других типов дефектов, основой для которых будут служить атомы германия или молекулы сульфида молибдена, обладающие более интересными свойствами.

Редактор рубрики

Леонид Кузьмин

Место события на карте мира:

Физики сделали первый шаг к массовому производству квантовых компьютеров

комментарии (0)

Другие интересные новости

Путин наградил орденом Турецкого и Кабо