Лента TH Новости Глобальные вызовы


Созданы материалы, что приближают квантовые вычисления к реальности

∴ 204

Исследователи разрабатывают квантовые компьютеры на основе света, а не электричества. В Стэнфорде новые материалы могут стать ключом к прогрессу в этой области.

323

В течение 60 лет компьютеры стали меньше, быстрее и дешевле. Но инженеры приближаются к пределам того, насколько малыми они могут сделать кремниевые транзисторы и как быстро они могут подтолкнуть электричество через устройства для создания единиц и нулей.

Это ограничение объясняет, почему профессор электротехники Стэнфордского университета Елена Вукович разрабатывает квантовые вычисления, которые основаны на свете, а не на электричестве. Квантовые компьютеры работают, изолируя связанные электроны внутри нового типа полупроводникового материала. Когда лазер попадает на электрон, он показывает, каким путем он вращается, излучая один или несколько квантов, или частиц, света. Эти спиновые состояния заменяют единицы и нули традиционных вычислений.

Елена Вукович, одна из ведущих в мире исследователей в этой области, сказала, что квантовые вычисления идеально подходят для изучения биологических систем, криптографии или интеллектуального анализа данных – на самом деле, для решения любой проблемы со многими переменными.

Задача команды Вукович это разработка материалов, способных улавливать одиночный изолированный электрон. Работая с сотрудниками по всему миру, они недавно опробовали три различных подхода к проблеме, один из которых может работать при комнатной температуре. Это ключевой фактор для построения современных квантовых компьютеров.
Одним из способов создания этой камеры взаимодействия лазера и электрона является структура, известная как квантовая точка. Физически квантовая точка представляет собой небольшое количество арсенида индия внутри кристалла арсенида галлия. Известно, что атомные свойства двух материалов задерживают вращающийся электрон.

Кевин Фишер, аспирант лаборатории Вукович, описал, как лазерно-электронные процессы можно использовать в такой квантовой точке, чтобы контролировать вход и выход света. Посылая лазерной мощности больше квантовой точки, исследователи могли заставить ее излучать ровно два фотона, а не один. Они говорят, что квантовая точка имеет практические преимущества перед другими ведущими квантовыми вычислительными платформами, но все же требует криогенного охлаждения, поэтому она может оказаться непригодной для вычислительных систем общего назначения. Тем не менее, он может иметь приложения для создания защищенных от несанкционированного доступа сетей связи.
В двух других работах Вукович, был использован другой подход к захвату электронов, модифицируя один кристалл, чтобы улавливать свет в том, что называется центром цвета.

Команда сосредоточилась на центрах цветов в алмазе. В природе кристаллическая решетка алмаза состоит из атомов углерода. Джингуян Линда Жанг, аспирантка лаборатории, рассказала о том, как исследовательская группа из 16 человек заменила некоторые из этих атомов углерода атомами кремния. Это одно изменение создало центры окраски, которые эффективно захватывали вращающиеся электроны в решетке алмаза.

Карбид кремния, известный как карборунд, представляет собой жесткий прозрачный кристалл, используемый для изготовления дисков сцепления, тормозных колодок и бронежилетов. Предыдущие исследования показали, что карбид кремния можно модифицировать, чтобы создать центры окраски при комнатной температуре. Но этот потенциал еще не был достаточно эффективен, чтобы создать квантовый чип. Команда Вукович выбила определенные атомы кремния из решетки карбида кремния таким образом, чтобы создать высокоэффективные центры окраски. Они также изготовили нанопроволочные структуры вокруг центров окраски, чтобы улучшить извлечение фотонов.

Работа продолжается, и возможно, в скором времени, у нас в домах появятся квантовые ПК.

Филипп Дончев