Квантовый компьютер может быть создан на базе кремниевой технологии

20 января 2011 года

Ученые продемонстрировали возможность создания квантового компьютера с помощью кремниевых технологий, используемых в настоящее время для создания современных вычислительных машин, сообщается в статье исследователей, опубликованной в журнале Nature.

Работы по созданию квантовых компьютеров ведутся относительно давно. Их преимуществом - правда, пока только в теории - является сверхвысокая скорость обработки информации, которая должна позволить им в будущем решать задачи, непосильные для современных суперкомпьютеров.

Группе исследователей во главе с Джоном Мортоном (John Morton) из Оксфордского университета удалось добиться образования 10 миллиардов пар квантовых битов информации, кубитов, в специальной кремниевой платине под воздействием электромагнитного излучения.

Отличие кубитов от обычных ячеек информации в современных компьютерах состоит в том, что они могут одновременно находиться в нескольких состояниях, кодируя логические "0" и "1" одновременно. Более того, кубиты могут находиться в так называемом квантово-запутанном состоянии, когда, даже будучи разделенными большими расстояниями, на которых никакие физические силы их уже не связывают, запутанные частицы, кубиты, ведут себя так, как будто между ними происходит какое-то взаимодействие, а изменение состояния одной частицы в системе приводит к закономерному изменению состояния другой.

Наиболее перспективным применением таких "запутанных" частиц является создание квантовых компьютеров.

Одним из ограничений, сдерживающим появление первых квантовых компьютеров, является сложность получения кубитов в квантово-запутанном состоянии. Учеными предлагались модельные системы с использованием высокого вакуума, температур в близи абсолютного нуля, квантов света и так далее.

Группа Мортона в своей работе использовала кремниевую пластину высокой химической чистоты с внедренными в нее атомами фосфора, очищенного от одного из своих изотопов - фосфора 29. Под воздействием коротких импульсов радиоволн и микроволнового излучения все 10 миллиардов атомов фосфора-28 в пластине, охлажденной до 3 градусов Кельвина (3 градуса выше температуры абсолютного нуля), переходят в запутанное состояние - магнитные моменты, называемые спинами, их ядер и электронов, ориентируются таким образом, что образуют систему двух квантово-запутанных кубитов.

Теперь ученым предстоит добиться создания не парного запутывания между ядрами атомов фосфора и их электронами, а запутывания между парами кубитов, так чтобы в одной квантово-запутанной системе находилось не меньше миллиарда кубитов. Такая система может найти применение в квантовых вычислениях.

Авторы публикации уверены, что создание квантового компьютера с использованием предложенных ими технологий станет возможным уже в ближайшие годы с развитием технологий микро- и наноэлектроники.

" Операция квантового запутывания была проведена нами одновременно и с высокой точностью для 10 миллиардов пар магнитных моментов (ядер и электронов атомов); это является выполнением одного из ключевых требований для создания суперкомпьютера, основанного на кремниевой технологии", - пишут авторы в своей статье.