Електронна "автострада" - джерело кубітів для квантового комп'ютера

( 4 Голосів, Всередньому: 4,75 із 5 )
Вівторок, 11 жовтень 2011

квантовий комп'ютерВчені-фізики з університету Райс (Rice University) створили так звану електронну "автостраду", пристрій, що більш точно описується як "квантовий топологічний ізолятор (quantum spin Hall topological insulator)". Такий пристрій є одним із фундаментальних блоків, що використовуються для створення квантових частинок, за допомогою яких здійснюється зберігання та обробка даних у квантовому комп'ютері.

Відомо, що звичайні комп'ютери використовують двійкову систему кодування даних, усі дані подані набором бітів, які можуть приймати два значення - 1 і 0. Однак, комп'ютери функціонуючі за принципами квантової механіки, використовують квантові частинки або кубіти (qubits), які в один і той же час можуть мати значення і 1 і 0 завдяки деяким особливостям квантової механіки.

"Для того, щоб створити неймовірно потужний квантовий комп'ютер нам не потрібна велика кількість кубітів" - пояснює Руї-Руї Дю ( Rui-Rui Du), вчений-фізик із університету Райс. - "З погляду обчислювальної потужності кремнієвий процесор із 1 мільярдом транзисторів на кристалі еквівалентний по продуктивності квантовому процесору з 30 кубітами".

Вчені та дослідники, що працюють над проблемою квантових обчислень, використали безліч різних методів створення кубітів і кожний метод давав позитивні результати. Але не у всіх методах успішно вирішувалася основна проблема, проблема достатньо тривалого зберігання записаних у кубіт даних. Не всі види кубітів виявилися здатними зберігати інформацію навіть на час, необхфдний для обробки цих даних.

Підхід, реалізований на практиці Дю і його колегою Іваном Кнезом (Ivan Knez), називається "топологічні квантові обчислення". Як очікується, квантові процесори, що функціонують на основі цього методу, будуть більш надійними та відмовостійкими, ніж процесори інших типів. Це буде відбуватися завдяки тому, що кожний кубіт топологічного квантового процесора буде зроблений із пари зв'язаних квантових частинок.

Основними труднощами у реалізації методу топологічних квантових обчислень є те, що фізики повинні створити та відслідковувати стан стійкої пари квантових часток, які є майоранівськими ферміонами (majorana fermions). Існування таких частинок було теоретично обґрунтоване ще у 1937 році, але спроби їхнього створення у межах кристалів квантових процесорів почалися тільки зовсім нещодавно.

Фізики намагаються створити квантові частинки, "з'єднуючи" двовимірний топологічний ізолятор із підкладкою з надпровідного матеріалу.  Отримана структура володіє досить незвичайними та екзотичними електричними властивостями. Хоча вона і залишається ізолятором, електричний струм здатний текти у межах дуже вузької смуги по зовнішніх краях ізолятора. Таким чином, навколо цієї структури формується щось на зразок електронної "автостради", рух струму по якій приводить до появи неймовірних ефектів.

Вчені очікують, що у деяких точках, де з'єднуються матеріали ізолятора та надпровідника, під впливом руху електронів будуть формуватися стійкі майоранівські ферміони, які можуть використовуватися в якості кубітів для квантових обчислень.

Створення та вдосконалювання методів створення нового топологічного ізолятора зайняло у вчених трохи більше року. Пристрій робиться на основі звичайного напівпровідникового матеріалу, що використовується для виготовлення пристроїв нічного бачення. "У ході подальших експериментів ми маємо намір з'ясувати, чи зможемо ми змінювати і точно вимірювати стан цих квантових частинок, майоранівських ферміонів, що дозволить точно відповістити на запитання, чи є вони гарними кандидатами на роль кубітів квантових процесорів" - додав Дю.

 

 

За матеріалами: dailytechinfo.org