"Заблудившиеся электроны" помогут ученым из РФ создать квантовый компьютер
Физики из МФТИ и физико-технологического института РАН создали новый тип ячеек памяти для квантовых компьютеров, способных хранить в себе необычно много информации, научившись управлять поведением "заблудившихся" электронов, говорится в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.
"На примере двух электронов мы разрешили проблемы, которые возникают при рассмотрении одинаковых взаимодействующих частиц, и вот проторена дорога к тому, чтобы создавать компактные высокоразрядные квантовые структуры", - рассказывает Леонид Федичкин из Московского физико-технического института в Долгопрудном, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Кубиты представляют собой одновременно и ячейки памяти, и вычислительные модули квантового компьютера, которые могут одновременно хранить в себе и логический ноль, и единицу благодаря законам квантовой физики. Объединение нескольких кубитов в единую вычислительную систему позволяет очень быстро решать математические или физические задачи, поиск ответа на которые при помощи методик перебора заняло бы время, сопоставимое со сроками жизни Вселенной.
Как рассказывал РИА "Новости" Алексей Устинов, физики быстро научились изготовлять одиночные кубиты, способные жить достаточно долго для ведения вычислений. С другой стороны, попытки объединить несколько кубитов сталкиваются сегодня с большими трудностями из-за того, что записать и считать данные из них не так просто, как изначально казалось.
По этой причине, многие ученые, в том числе Федичкин и его коллеги, сегодня идут иным путем - они не соединяют несколько кубитов в единую сеть, а пытаются "утрамбовать" большое количество ячеек квантовой информации внутри одного кубита.
Относительно недавно научная команда Федичкина выяснила, что для подобных целей можно использовать электроны, которые, как выражаются физики, заблудились в "двух соснах". Роль сосен в данном случае играют так называемые квантовые точки - искусственные "атомы" из кусочков полупроводника, внутри которых существует особая область, так называемая потенциальная яма.
Попадая в нее, электрон может находиться только в определенных состояниях и обладать определенной энергией, что позволяет использовать такие точки для решения массы практических задач, в том числе создания очень четких и ярких дисплеев, быстрых транзисторов и ряда других вещей.
Как обнаружили Федянин и его коллеги, расположенные очень близко друг к другу квантовые точки можно превратить в кубит, если ввести в них один электрон. Благодаря законам квантовой механики, этот электрон будет одновременно находиться и в той и в другой потенциальной яме, что позволяет использовать подобные "многоточия" для проведения квантовых вычислений.
Продолжив эксперименты с такими конструкциями, Федичкин и его коллеги обнаружили, что добавление еще одного электрона позволяет превратить подобны кубит в так называемый кудит - квантовую структуру, которая может находиться не в двух, а в трех и более состояниях.
Кудиты, как объясняют физики, позволят уменьшить число элементов в квантовых компьютерах и тем самым сделать возможным их создание на практике. По словам авторов статьи, подобные конструкции из электронов и квантовых точек-"сосен" обладают высокой устойчивостью к помехам, что позволит наращивать число "заблудившихся" частиц до 3, 4, 6 и даже большего числа электронов.
