Австралийские физики создали первые "дальнобойные" кубиты
Ученые из Австралии создали первые "дальнобойные" кубиты, способные обмениваться информацией на относительно больших расстояниях, что открывает дорогу для создания сложных квантовых компьютеров, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
"Это действительно очень умная идея, даже удивительно, что никто раньше до этого не додумался. Гильерме и его команда создали новый тип спинового кубита, который одновременно использует и спин электрона, и спин ядра атома. Что самое важное, работой таких кубитов можно управлять при помощи электрических сигналов, а не магнитных импульсов. Ими гораздо проще управлять и распределять их по микрочипу", - рассказывает Андреа Морелло (Andrea Morello) из университета Нового Южного Уэльса в Сиднее (Австралия).
Морелло и его коллеги по университету уже несколько лет разрабатывают компоненты, необходимые для сборки полноценного квантового компьютера. Так, в 2010 году они создали квантовый одноэлектронный транзистор, а в 2012 году - полноценный кремниевый кубит на основе атома фосфора-31.
В 2013 году они собрали новую версию кубита, которая позволяла почти со 100% точностью считывать данные из него и оставалась стабильной очень долго. В октябре 2015 года Морелло и его команда сделали первый шаг к созданию первого кремниевого квантового компьютера, объединив два кубита в модуль, выполняющий логическую операцию ИЛИ. В прошлом году им удалось защитить кубиты от помех, сделав большой шаг в сторону создания "рабочего" квантового компьютера.
Оставался один шаг - научиться объединять подобные кубиты, используя те же полупроводниковые технологии, что и сами ячейки квантовой памяти. Сделать это было крайне тяжело, так как "обычные" полупроводниковые кубиты могут взаимодействовать друг с другом лишь на небольшом расстоянии.
Как рассказывает Морелло, эту задачу удалось решить его ученику Гильерме Тоси (Guilherme Tosi). Экспериментируя с фосфорными кубитами, созданными австралийскими учеными, он заметил, что подобные вычислительные ячейки не обязательно должны состоять из одного электрона - в них может входить и сам атом фосфора, вокруг которого он вращается. "Ноль" в таком кубите обозначается тем, что спин электрона повернут вниз, а спин ядра направлен вверх, а для "единицы" характерна обратная комбинация спинов.
"Мы назвали наше детище "кубитом-перевертышем". Для того, чтобы им управлять, нужно слегка оттянуть электрон от ядра атома, используя электроды в верхней части устройства. Проводя эту операцию, вы создаете электрический диполь, который может взаимодействовать с другими "кубитными" диполями на очень больших расстояниях, и передавать данные таким образом", - объсняет Тоси.
Благодаря этому новые кубиты Морелло и его коллег могут взаимодействовать с прочими ячейками квантового компьютера не на расстоянии в 20-50 атомов, как раньше, а на дистанции почти в микрометр, что является огромным расстоянием по меркам компьютерной техники.
Подобная "дальнобойность" кубитов означает, что теперь ученые могут создавать сложные логические схемы, включающие в себя десятки и сотни кубитов, работой каждого из которых они могут гибко управлять. Это, как надеются Морелло и его команда, поможет Австралии стать победителем в "квантовой гонке" и первой создать полноценный квантовый компьютер.
