Ученые сделали новый шаг к созданию функционального квантового компьютера

Техника
мобильная версия
, Текст: Сергей Попсулин
Европейские ученые создали гибридную квантовую систему, способную запоминать состояние квантовых точек (элементарных частиц для хранения информации) в течение длительного времени. Новый прорыв приблизил исследователей к созданию квантового компьютера, который сможет найти применение в реальном мире.

Физики из Боннского университета в Германии и Кембриджского университета в Англии сделали очередной шаг к созданию функционального квантового компьютера — они построили гибридную систему, способную не только оперировать квантовыми точками (элементарными частицами для хранения информации), но и запоминать их состояние. Работа ученых была опубликована в журнале Physical Review Letters.

Принцип функционирования гибридной системы напоминает организацию командной работы среди людей. Например, один человек умеет быстро генерировать идеи, но мгновенно их забывает. Другой человек, работающий вместе с ним, не обладает столь обширным воображением, но имеет хорошую память и способен запоминать идеи своего коллеги, объясняет Phys.org.

В гибридной системе роль генератора идей из приведенного примера играют квантовые точки. Они мгновенно обрабатывают данные и так же быстро теряют результат. Поэтому применение квантового компьютера для решения реальных задач бессмысленно.

В свою очередь, роль человека с хорошей памятью в гибридной системе играют электрически заряженные частицы — ионы. Они способны хранить информацию в течение многих минут — что для квантовой системы эквивалентно бесконечности.

Квантовые точки можно изготовить, используя методы современной микроэлектронной промышленности. Достаточно лишь уменьшить размер структуры в чипе до такого уровня, чтобы в ней мог разместиться только один электрон (в современных чипах в таких структурах помещается от 10 до 100 электронов).


Квантовые компьютеры постепенно становятся все более реальными

Состояние электрона в квантовой точке можно будет спрогнозировать, исходя из квантовой теории. Однако такие электроны имеют короткий срок жизни — они распадаются в течение нескольких пикосекунд. Чтобы понять, насколько это мало, достаточно представить, что свет за это время успевает пройти расстояние всего лишь в 0,3 мм.

Распад приводит к короткой вспышке света — возникает фотон. При этом направление поляризации фотона соответствует состоянию квантовой точки.

Подключив к квантовой точке подобие оптоволокна, ученые направили фотон в систему зеркал и заставили его прыгать между ними наподобие теннисного шарика — до его абсорбирования ионом. Подсвечивая ионы лазером, исследователи смогли узнать поляризацию фотона, который был абсорбирован ионом, и, соответственно, узнать состояние квантовой точки.

«В этой работе создается квантовый интерфейс. Аналогией в классическом компьютере может служить шина, связывающая процессор и память. Это очень актуально, поэтому публикуется множество работ в этом направлении», — прокомментировал CNews руководитель группы квантовых коммуникаций Российского квантового центра Юрий Курочкин.

«Различные группы стараются связать разные системы, например NV-центры в алмазах или охлажденные атомы с помощью переносчика — фотона, — продолжил Курочкин. — Для создания квантового компьютера нужна качественная элементная база, и подобные работы каждый раз приближают нас на шаг ближе к цели. Впереди еще одна нерешенная задача: как объединить множество квантовых элементов, каждый из которых быстро распадается, в большую сложную систему, которая будет стабильно работать разумное время?»