Наука и Техника

Наука И Техника
25 марта 2015

Обычные кремниевые чипы начали обретать квантовые способности

Международная группа исследователей из Швейцарии, Британии и Нидерландов продемонстрировала разработанную ими технологию, которая позволяет при помощи импульсов света управлять квантовым состоянием кубитов, заключенных в обычной кремниевой подложке, и считывать значение этого состояния при помощи обычных электрических измерительных методов. Используя эту технологию, ученые создали простейший квантовый переключатель, способный срабатывать в течение одной миллионной из одной миллионной доли секунды. Этот квантовый выключатель, минимум в тысячу раз обгоняющий по скорости работы другие подобные кремниевые переключатели, по праву можно считать самым быстрым рукотворным квантовым устройством в мире на сегодняшний день.

"В области квантовых вычислений широко используется тот факт, что атомы или другие квантовые частицы могут существовать одновременно в двух состояниях, к примеру, находиться в низком и возбужденном энергетическом состоянии. Это известно под названием состояния квантовой суперпозиции, которое достаточно хорошо поясняется экспериментом Шредингера, в котором кошка одновременно жива и мертва" - рассказывает доктор Эллис Боуайер (Dr. Ellis Bowyer), ученый из университета Суррея, - "Суперпозиция состояния орбитального момента атомов является очень тонким, но мы обнаружили что кремниевое окружение создает идеально чистую среду для атомов фосфора, в которых хранится квантовая информация, пойманных в ловушку кремниевой кристаллической решетки".

Используя сверхкороткие, длительностью несколько триллионных долей секунды, импульсы лазерного света ученые помещают атом фосфора в состояние квантовой суперпозиции, которое зависит от точного времени воздействия импульса. Кроме этого, состояние суперпозиции остается в неприкосновенности даже тогда, когда электроны текущего через чип электрического тока "облетают" атом фосфора. "После этого мы обнаружили странный и невероятный факт" - рассказывает доктор Боуайер, - "Оказывается, текущий через структуру квантового бита ток напрямую зависит от его квантового состояния".

Усилия группы ученых из университета Суррея, Университетского Колледжа Лондона, университета Хериот-Уотта в Эдинбурге, университета Неймегена и Швейцарского федерального технологического института (Swiss Federal Institute of Technology, ETH) были замечены и оценены научным сообществом, благодаря чему ученые получили финансирование от британского Совета EPSRC (Engineering and Physical Sciences Research Council), необходимое им для продолжения своих исследований. Далее ученые займутся разработкой, созданием и тестированием квантовых элементов, которые станут своего рода стандартными блоками, из которых в будущем можно будет создавать не только быстродействующие кремниевые квантовые компьютеры, но и целый ряд других устройств, таких как сверхточные часы и сверхчувствительные биомедицинские, химические и другие датчики.