Физик рассказал, как ученые превращают алмазы в квантовые компьютеры

Физик Денис Сукачев из Российского квантового центра рассказал о том, как российские и американские ученые пытаются превратить алмазы в квантовые компьютеры, и объяснил, почему подобные вычислительные устройства уже являются реальностью, а не просто научной фантастикой, сообщает http://vremechko.org/.

Кубиты представляют собой одновременно и ячейки памяти, и вычислительные модули 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.

Денис Сукачев и многие другие ученые под руководством Михаила Лукина из Гарвардского университета давно работают над созданием кубитов на базе так называемых «дефектных» алмазов. Интерес к ним обусловлен двумя важнейшими плюсами алмазов — кубиты на их основе достаточно легко изготовлять и получать, и они способны работать при комнатной температуре.

«Сердцем» вычислительного модуля служит дефект — атом азота или другого элемента, «затесавшийся» в толщу атомов углерода. Подобные дефекты ученые называют «вакансиями», или NV-центрами, так как добавление атома азота в алмаз создает в его кристаллической решетке особое пустое место с необычными свойствами. В этой точке атом углерода отсутствует, но при этом она обладает всеми свойствами атома, который бы находился в этой точке в условно «замороженном» состоянии.

Ученые научились использовать спин — направление вращения — электронов атома азота и его ядра для хранения информации внутри этого дефекта и для обработки данных внутри кубита в течение очень продолжительного времени.

На этой неделе отечественные и зарубежные физики рассказали о создании технологии, позволяющей массово изготовлять кубиты – элементарные вычислительные модули и ячейки памяти квантовых компьютеров, «печатая» их внутри алмазов.

— Группа Лукина долгое время работала с азотными вакансиями, а недавно вы перешли на кремний. Связана ли эта замена исключительно с различиями в свойствах атомов или она имеет связь и с технологиями изготовления таких дефектов?

— Технологии внедрения азотных NV-центров и кремниевых SiV-центров по своей сути являются одинаковыми. И те, и другие могут быть образованы как во время роста алмаза, так и с помощью ионной имплантации.

Первый метод позволяет нам получать центры с лучшими спектральными свойствами — они не мерцают, не ионизуются, а их частота излучения стабильна на протяжении нескольких часов. «Имплантированые» центры уступают «естественным» дефектам в качестве, но зато технологии их производства позволяют нам контролировать то, где они будут располагаться. Это очень важно в тех случаях, когда мы хотим заставить их взаимодействовать с фотонами предсказуемым образом и помещаем их для этого в нанорезонаторы.

В свою очередь, мы сделали выбор в пользу кремниевых центров потому, что они сохраняют стабильные спектральные свойства при помещении в такие нанорезонаторы, что не характерно для их азотных «конкурентов».

Источник: http://vremechko.org/