Еще один шаг на пути к квантовым компьтерам

Группа ученых из университета Нового Южного Уэльса (University of New South Wales) в Сиднее, Австралия, возглавляемая Эндрю Дзурэком (Andrew Dzurak), создала первые в своем роде кремниевые квантовые цепочки, способные выполнять простейшие логические операции. Основой этих цепочек являются специальные кремниевые транзисторы, действующие в роли квантовых битов (кубитов), и в будущем из таких транзисторов, словно как из кубиков, можно будет создавать квантовые вычислительные системы любой степени сложности.
Напомним нашим читателям, что в обычных вычислительных технологиях используются биты, способные принимать два состояния — состояние логического 0 и 1. В квантовых технологиях используются кубиты, которые помимо вышеуказанных двух состояний могут находиться и в третьем состоянии, в состоянии суперпозиции, когда их значение одновременно равно и 1 и 0. Большее количество состояний кубита позволит сократить по экспоненте время произведения сложных логических операций, которые требуются для решения тяжелых вычислительных задач, таких, как поиск, оптимизация, шифрование данных и т.п.
В более ранние времена ученые пытались использовать в качестве кубитов фотоны света, охлажденные до сверхнизких температур атомы различных химических элементов и электроны. Однако, еще никому не удавалось использовать в качестве кубита целую часть кремниевой электронной схемы. Использование кремния в этом деле имеет целый ряд своих преимуществ, кремний выступает в качестве защитного окружения кубита, которое поддерживает его стабильность и не позволяет двум соседним кубитам спонтанно взаимодействовать друг с другом.
Главным достижением австралийских ученых является кремниевый транзистор, который во многом подобен транзисторам, миллиарды которых находятся на кристаллах процессоров наших компьютеров и смартфонов. «Мы превратили достаточно обычные транзисторы в квантовые биты, обеспечив то, что в любой момент времени с транзистором связан лишь один электрон» — рассказывает доктор Менно Вельдорст (Dr Menno Veldhorst), научный сотрудник UNSW, — «В этом транзисторе информация хранится в направлении вращения электрона, в его спине, который, как известно, является одной из квантовых характеристик этой частицы, связанной с его очень слабым магнитным полем».
«Мы недавно получили патент на структуру полномасштабного квантового чипа, на котором могут находиться миллионы квантовых битов» — рассказывает Эндрю Дзурэк, — «Эти транзисторы, кубиты, могут быть объединены в логические элементы, которые выполняют функции из основного базового набора».
В качестве демонстрации ученые показали логический элемент, который анализирует спин двух электронов. И когда спин одного из электронов принимает определенное значение, то цепочка изменяет спин второго электрона. И это является примером одного из самых распространенных логических элементов — двунаправленного буферного элемента, который достаточно широко используется в современной вычислительной технике. Такие элементы, соединенные в особой последовательности, могут формировать более сложные элементы, выполняющие более сложные функции с квантовыми данными.
«Данное достижение, с некоторыми оговорками, является огромным прорывом в области квантовых вычислительных технологий» — рассказывает Томас Шенкель (Thomas Schenckel), эксперт из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, — «Кремниевые кубиты пока еще проигрывают по производительности и по некоторым другим параметрам сверхпроводящим кубитам, зато сложность кремниевых квантовых вычислительных систем можно увеличивать чуть ли не до бесконечности».