Сотрудник Российского квантового центра ученый-физик Денис Сукачев рассказал о разработке технологии, что позволит превращать алмазы в квантовые компьютеры. Как передает РИА Новости, молодой человек подчеркнул, что сегодня подобные технологии являются реальностью.
Денис Сукачев работает в составе российско-американской группы ученых, работающих над созданием кубитов на базе «дефектных» алмазов. Высокий интерес ученых к кубитам, произведенным из алмазов, обусловлен тем, что такие приборы способны работать при комнатной температуре и их достаточно легко делать.
«Сердцем» модуля выступает дефект – «затесавшийся» в толщу углерода атом. Например, атом азота. Такие дефекты физики зовут «вакансиями». Добавление атома азота в алмаз создает особое пустое место с интересными свойствами. В таком месте углерода нет, но оно обладает всеми свойствами атома, который находится в «заморозке». Как раз его и научились использовать ученые.
С помощью спина электронов атома азота и его ядра внутри дефекта сохраняется информация, которая также позволяет проводить обработку данных. Недавно физики сообщили о создании технологии массового производство кубитов.
По словам ученого есть два способа получать необходимые модули: образование дефекта во время роста или с помощью ионной имплантации. Первый, «естественный» способ хорош тем, что центры получаются с отличными спектральными свойствами (не мерцают, не ионизируются, стабильная частота излучения на протяжении нескольких часов).
Второй способ выгоден тем, что ученые сами определяют, где будет располагаться центр. Это крайне важно, когда речь идет о создании системы, где фотоны образуются в единое целое.
Сукачев отмечает, что сейчас центры создаются из атомов кремния, а не азота, поскольку они остаются стабильными даже при помещении в нанорезонаторы, которые способствуют созданию единой системы.
«Если говорить про «алмазные кубиты», то до недавнего времени все попытки создания кубиты на их базе были основаны на использовании NV-центров. Причиной этого было то, что подобные вакансии способны поддерживать работу квантовой памяти на протяжении нескольких миллисекунд, что является очень длительным временем для квантовых систем.
Основным недостатком этих центров является то, что они вырабатывают малое число фотонов. Это мешает получению перепутанного состояния — одного из основных ресурсов для квантовых вычисления и квантовой передачи данных. Ученые держат в руках первые плитки кубитов на базе ионов.
Если же взять кремниевый центр и поместить его в фотонный резонатор внутри алмаза, что число фотонов многократно увеличится, что должно привести к повышению частоты генерации перепутанного состояния», – поясняет ученый.
На сегодняшний день физики трудятся над созданием долговременной квантовой памяти с кремниевыми «вакансиями». Для этого центры охлаждаются до 20 милликельвинов (минус 53780 градусов по Цельсию) – при такой температуре атомы углерода полностью замораживаются, и какие-либо колебания, мешающие работе квантовой памяти, исчезают.
«Основным преимуществом «алмазных кубитов» над их сверхпроводящими аналогами, на мой взгляд, является то, что их можно использовать для создания «долгой» квантовой памяти благодаря возможности перенесения кубита на ядерный спин.
Кроме того, сами дефекты способны светиться в оптическом диапазоне, что сильно упрощает процесс передачи данных на большие расстояния благодаря тому, что мы можем использовать для этих целей высококачественное оптоволокно», – резюмирует Сукачев.
Кубиты – вычислительные модули и ячейки памяти квантового компьютера. Согласно законам квантовой физики, они способны одновременно хранить в себе и логический ноль, и единицу. Объединяя кубиты, ученые создают вычислительную систему, которая может оперативно решать физико-математические задачи, решение которых с помощью методики перебора заняло бы десятки миллиардов лет.
Материал подготовил Сергей Перелесов
Фото: wikipedia.org
