| spectrum.ieee.org

Вдалося створити перші довгоживучі квантові біти на основі атомів міді

Photo: Science Picture Co / Getty Images

Photo: Science Picture Co / Getty Images

Щоб квантові комп’ютери, з продуктивністю, яка набагато перевищує продуктивність найпотужніших сучасних комп’ютерів, були поширеною річчю, потрібно щоб їх квантові біти (кубіти) мали можливість зберігати свій квантовий стан набагато довше, ніж вони здатні робити це зараз. Одним з можливих кандидатів довгоживучих квантових бітів є іони міді, заховані в надрах великих молекул.

Найпростішим квантовим бітом є атом або іон якого-небудь хімічного елементу, що має один електрон на його зовнішній електронній оболонці. Обертання цього електрона навколо ядра атома може відбуватися у вертикальній або горизонтальній площинах, що відповідає значенням логічних 1 і 0. Але, при впливі на такий атом імпульсу лазерного світла або мікрохвильового випромінювання обертання електрона може відбуватися досить екзотичним способом, він починає обертатися одночасно в горизонтальній і вертикальної площини, маючи значення 1 і 0, що називають станом квантової суперпозиції.

Однак, кубіти, принаймні більшість із створених на сьогоднішній день, можуть перебувати в стані суперпозиції дуже нетривалий час, і руйнується під впливом спина електронів сусідніх атомів або інших факторів навколишнього середовища. Проте, численні групи вчених шукають способи подовжити час знаходження квантового біта в якомусь певному квантовому стані або стані суперпозиції, адже тільки тоді можна буде зробити за допомогою цих кубітів квантові обчислення.

Група вчених з університету Штутгарта (University of Stuttgart), знайшла спосіб захистити квантовий біт з іона міді, помістивши його всередину великої молекули. У цій молекулі іон міді оточений атомами сірки, вуглецю та азоту, які обертаються вкрай повільно і які ізолюють мідь від атомів водню, швидке обертання електронів яких і є основною причиною виникнення перешкод.

При температурі близько 7 градусів за шкалою Кельвіна, мідний кубит, прихований в надрах молекули, зберігає своє квантове стан протягом 68 мікросекунд. При підвищенні температури до кімнатної, іон міді ще продовжує залишатися кубітом, але час збереження квантового стану скорочується до 1 мікросекунди. Нагадаємо нашим читачам, що кубіти на основі атомів азоту, поміщені в кристалічну решітку алмаза, можуть працювати при кімнатній температурі і демонструють набагато більший час зберігання квантового стану, але, "Вам ​​не вдасться створити повноцінний квантовий комп’ютер за допомогою одного єдиного кубіта" - стверджує Йорис ван Слагерен (Joris van Slageren), фізик і хімік з університету Штутгарта.

"Час зберігання квантового стану має бути завжди більше часу, потрібного кубіту для виконання однієї квантової обчислювальної операції. У нашому випадку ця умова вже виконується повністю, адже час однієї операції складає від 20 до 40 наносекунд" - розповідає ван Слагерен, - "При нинішніх показниках стабільності наших кубітів ми можемо виконати порядка 3 тисяч операцій за один цикл. Однак, для забезпечення роботи квантового комп’ютера цей показник має дорівнювати мінімум 10 тисячам, що в три рази більше отриманих нами значень. Проте, наші розробки залишають далеко позаду всі подібні розробки, зроблені іншими групами вчених ".

Вчені повідомляють, використаний ними підхід залишає їм ще досить багато простору для подальших маневрів. І це має бути розробка нової, більш великої молекули, в оболонку якою буде укладено іон міді. "Це дозволить нам позбутися або компенсувати вплив обертання деяких ядер атомів, які все ще діють на нинішній наш кубит з іона міді" - розповідає ван Слагерен.

Ще однією позитивною рисою кубіта на основі іона міді, укладеного всередині молекули, є те, що за допомогою таких молекул можна досить просто отримувати масиви кубітів, впорядковані вельми суворим чином і заплутані на квантовому рівні між собою та іншими елементами квантової обчислювальної системи. "Ми можемо випарувати певну кількість таких молекул в вакуумі і за допомогою імпульсів мікрохвильового випромінювання осаджувати їх на поверхню в заданому порядку. Окрім цього, існує ще досить багато методів контрольованого осадження, які ми також можемо використовувати" - розповідає ван Слагерен, - "А імпульси мікрохвильового випромінювання, орієнтовані особливими чином, дозволять нам з’єднувати індивідуальні кубіти між собою, проводити запис і зчитування інформації з окремих кубітів ".
Рекомендувати цей матеріал
X




забув пароль

реєстрація

X

X

надіслати мені новий пароль