Квантовый компьютер на основе кремниевых микросхем: миф или реальность?

23 Апреля 2013 в 11:30, Владимир Скрипин 2 629 просмотров 8

Nucleus-qubit-unsw-640x353

Ученые из Университета Нового Южного Уэльса в Австралии еще больше приблизились к созданию квантового компьютера, работающего на основе кремниевых микросхем и принципов квантовой механики, парадоксы которой не дают физикам спать и порой наводят на мысль о существовании Бога. Им удалось доказать возможность размещения квантового бита (кубит) в ядре атома фосфора, который содержится в современных компьютерных микросхемах.

Данное открытие является значимым по двум основным причинам: первое — созданный кубит отличается высокой стабильностью и, что более важно, второе — для этого был использован кремний, а не вакуум, поэтому его можно контролировать как обычный компьютерный чип.

Напомним, что в конце прошлого года эта же группа ученых доказала возможность размещения квантового бита в электронном спине атома фосфора, размещенного внутри кремниевого транзистора. Теперь они сделали фактически то же самое, но с ядром фосфора, внутри того же кремниевого транзистора.

Как известно большинству, каждый атом состоит из протонов, нейтронов (за исключением водорода, который не имеет нейтронов), а также электронов. Протоны имеют положительный заряд, нейтроны являются нейтральными, а электроны имеют отрицательный заряд. Количество протонов в ядре определяет с каким элементом мы имеем дело (один протон = водород, шесть = углерод, восемь = кислород), а число нейтронов определяет изотоп (по существу, является ли он стабильным или радиоактивным). Главное то, что природа атомного ядра (если забыть о ядерной реакции деления и ядерной реакции синтеза), которое является микроскопическим, плотным и стабильным, практически неизменная. Другое дело электроны, которые зачастую меняют орбиты, перепрыгивают между атомами и полностью отделяются от своих атомов, превращая последних в положительно заряженные частицы — положительные ионы. По словам ученых, атомное ядро в 1 миллион раз меньше самого атома и в 2 тысячи раз менее «дружелюбно», чем орбитальные электроны. Это все лирика, вернемся к кубитам.

В настоящее время существует несколько способов создания кубитов, но самым распространенным является манипулирование спином электрона (магнетизм). Измеряя или изменяя спиновое состояние электрона можно записать или измерить состояние кубита. Можно также измерить спиновое состояние ядер атомов, что и сделали на примере ядра атома фосфора ученые из Университета Нового Южного Уэльса.

Преимущество в использовании ядра заключается в том, что оно практически равнодушно к внешнему магнитному воздействию, поэтому кубит отличается стабильностью. Здесь есть только один недостаток – довольно сложно измерить магнетизм того, что подвигается воздействию в 2000 раз хуже, чем электрон. Для измерения значения кубита ученые использовали ядерный магнитный резонанс. Данное явление также используется в магнитно-резонансной томографии (МРТ) для изменения спинового состояния одного ядра. Определить состояние кубита очень трудно по причине незначительного магнитного поля, создаваемого ядром, но ученым это удалось путем использования процесса под названием преобразование спина в заряд.

С новым кубитом ученые смогли значительно повысить показатель надежности считывания информации до 99,99 процента, при этом показатель когерентности составил рекордных 60 миллисекунд. Для сравнения, когерентность кубита, созданного IBM, составляет 0,1 миллисекунды.

Конечно, ядерные кубиты не заменят кубиты в электронном спине, но они могут действовать как своего рода квантовая память или помочь ученым в создании двухкубитных логических схем. По мнению ученых, первые квантовые компьютеры появятся в ближайшие десять лет.

Квантовый компьютер на основе кремниевых микросхем: миф или реальность?

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

8 комментариев

  1. Nick Nickals

    Спасибо, очень познавательно. Кстати, объясните кто может чайнику (говорил мне папа учить физику...) - принцип неопределенности Гейзенберга не действует на уровне кубита?

    • Макс Ментол

      Пока не вижу связи.... поясни.

      • Nick Nickals

        Насколько я понимаю, с точки зрения этого принципа наблюдение вносит изменение в квантовое состояние. Как это соотносится с утверждением в статье, что существует возможность задавать и считывать состояние кубита (что по идее подразуемевает его стабильность)?

        • Anthony Cerbic

          неверно. Принцип неопределённости Гейзенберга говорит, что нельзя знать одновременно точное положение и момент(типа, скорость) частицы. Т.е. можно знать либо одно, либо другое, либо оба - но очень приблизительно. Измеряешь первое поточнее - второе становится непонятнее, и наоборот.

          С квантами и спинами не связано никак.

    • Макс Ментол

      Во всяком случае, здесь предполагается наблюдать не квант, а ядро.
      То есть его магнитное поле, которое можно изменить меняя СПИН....
      Так что наблюдение не заставит спин меняться - менять его можно только электромагнитным резонансом... Отсюда и предполагается стабильность ядра в роли ячейки памяти...

      Интересное направление в общем.... посмотрим чего добьются великие умы и дальше.

  2. Александр

    Про квантовые компьютеры было бы очень интересно почитать подробнее.

  3. Аноним

    О чем идет речь вообще? Понятия не имею.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.