Mail.RuПочтаМой МирОдноклассникиИгрыЗнакомстваНовостиПоискВсе проекты
24 июня 2010, источник: РИА Новости, (новости источника)

Ученые предложили принцип создания кремниевого квантового компьютера

МОСКВА, 24 июн — РИА Новости. Британские ученые разработали принцип работы квантового компьютера на основе традиционных кремниевых микросхем, реализовать который в рамках современных технологий может быть проще, чем иные подходы, сообщается в статье исследователей, опубликованной в журнале Nature в четверг.

«Наша работа показывает, что некоторые компоненты квантовых компьютеров, уже продемонстрированные физиками на примере очень сложных систем, называемых холодными атомными ловушками, могут быть реализованы в кремневых чипах, широко применяющихся для создания обычных транзисторов», — сказал профессор Бен Мурдин (Ben Murdin), соавтор публикации из Университета Суррея в Англии, слова которого приводит пресс-служба Университетского колледжа Лондона.

Ключевым компонентом такого квантового компьютера, согласно авторам идеи, могут быть атомы фосфора, внедренные в кристаллическую решетку кремния в кристаллах, применяемых в настоящее время для производства микропроцессоров. Возбуждение отдельных фосфорных атомов в кремниевой матрице с помощью сверхкоротких лазерных импульсов, согласно экспериментам ученых, может привести к их существованию в двух различных энергетических состояниях одновременно.

Более того, в такое неопределенное состояние могут переходить несколько атомов фосфора одновременно. Такое их коллективное поведение, называемое «квантово-запутанным» может использоваться для проведения квантовых вычислений.

«Запутанное» состояние материи, отдельных элементарных частиц, атомов или их скоплений, замечательно тем, что даже будучи разделенными большими расстояниями, на которых никакие физические силы их уже не связывают, запутанные частицы ведут себя так, как будто между ними происходит какое-то взаимодействие, а изменение состояния одной частицы в системе приводит к закономерному изменению состояния другой.

Наиболее перспективным применением таких «запутанных» частиц является создание так называемых «квантовых компьютеров». Преимуществом этих компьютеров, пока что только в теории, является невероятная скорость обработки информации, которая должна позволить им в будущем решать задачи, непосильные даже для самых современных суперкомпьютеров.

В своих экспериментах группа Торнтона Гринланда (Thornton Greenland) из Университетского колледжа Лондона показала, что в роли кубитов в кремниевых чипах могут выступать атомы фосфора, внедренные в кристаллическую решетку в позиции, занимаемые в чистом кристалле атомами кремния. Такие атомы фосфора несут на себе один дополнительный электрон по сравнению с соседними кремниевыми атомами.

При охлаждении такого кристалла до очень низких температур вблизи абсолютного нуля такой электрон получает возможность «вращаться» вокруг фосфорного ядра на достаточно большом расстоянии, охватывающем до 30 атомов кремния, окружающих фосфорный атом. Если же такой электрон получает дополнительную энергию, то его «радиус вращения» на короткое время увеличивается до 100 атомов кремния.

Если порция энергии, необходимая для такого перехода, подается в виде 10-пикосекундного лазерного импульса, то, как показали ученые, электрон на несколько мгновений балансирует между двумя этими состояниями, после чего переходит обратно, превращая, таким образом, атом фосфора в квантовый бит — кубит.

Если расположить атомы фосфора в кристаллической решетке кремния таким образом, чтобы радиусы вращения их дополнительных электронов перекрывались только в возбужденном состоянии, это создаст возможность для возникновения на доли наносекунд состояния квантового запутывания между ними, которое можно использовать для вычислений.

Для того, чтобы воплотить эту концепцию в жизнь, ученым надо научиться возбуждать энергические состояния у отдельных фосфорных атомов в кремниевом кристалле, не затрагивая соседние, что пока представляет техническую сложность, однако может быть достигнуто с помощью небольшого модифицирования кристаллической решетки и подбора лазера нужной длины волны.