Квантовые точки превратили в ячейки памяти квантового компьютера

Ученые смогли добиться того, чтобы число случайных ошибок в работе кубитов на базе этих точек снизилось примерно в три раза

ТАСС, 11 февраля. Австралийские ученые встроили квантовые точки внутрь кремниевого чипа и превратили их в искусственные атомы с большим числом электронов. Они помогут создать стабильные ячейки памяти квантового компьютера, сообщила во вторник пресс-служба университета Нового Южного Уэльса со ссылкой на статью в журнале Nature Communications.

"Искусственные атомы с большим числом электронов оказались гораздо более качественными кубитами, чем мы предполагали в прошлом. Это означает, что их можно использовать для очень надежных вычислений. Это очень важно, так как кубиты на базе одного электрона могут вырабатывать большое число ошибок при расчетах", – прокомментировал работу один из ее авторов, профессор Университета Нового Южного Уэльса (Австралия) Эндрю Дзурак.

Читайте также: Квантовая жизнь. Возможны ли квантовые процессы в живой материи и зачем они там нужны?

За последние годы ученые создали множество различных объектов и структур, которые состоят из множества отдельных молекул, кристаллов и других сгустков материи, которые ведут себя на квантовом уровне так же, как и обычные атомы. К примеру, подобными свойствами обладают облака из атомов щелочных металлов, охлажденные до сверхнизких температур, а также структуры из сверхпроводников, из которых изготавливают кубиты — элементарные ячейки памяти и вычислительные модули квантовых компьютеров.

Физики, как рассказал Дзурак, давно пытаются встроить подобные рукотворные аналоги атомов в полупроводниковые микросхемы, а также научиться управлять ими как и кубитами из сверхпроводящих материалов. Это резко ускорило бы создание первых полноценных квантовых компьютеров, чьи ячейки памяти оставались бы в рабочем состоянии на протяжении долгого времени.

Австралийские исследователи создали первый прототип такого "искусственного атома" еще в 2013 году, однако первые же опыты с ним показали, что он был слишком нестабилен для применения в качестве базы для кубитов и ведения сложных вычислений.

Новая таблица Менделеева

Дзурак и его коллеги решили эту проблему с помощью так называемых квантовых точек в качестве основы для "искусственных атомов". Так ученые называют полупроводниковые наночастицы особой формы, оптические и электронные свойства которых задаются законами квантовой механики. Сегодня их используют в качестве основы для миниатюрных источников света в экранах телевизоров и гаджетов, а также для создания "плоских" лазеров.

Физики достаточно давно выяснили, что эти структуры можно превратить в рукотворный аналог атома, если поместить наночастицу рядом с электродом, который создает сильный положительный заряд. Электрическое поле "утянет" часть электронов из нее и заставит их объединиться в искусственный атом, который взаимодействует с окружающей средой примерно так же, как это делает водород.

Австралийские исследователи задумались о том, можно ли создать аналогичные конструкции, похожие на другие элементы первой группы периодической таблицы Менделеева, в том числе литий и натрий. Руководствуясь этой идеей, ученые постепенно повышали напряжение на электроде и следили за изменениями в поведении квантовой точки.

Когда физики создали несколько подобных "искусственных атомов" и изучили их свойства, то обнаружили, что они были гораздо более стабильными, чем их предшественник, похожий на водород. Это было связано с тем, что дополнительные электроны образовали структуры, похожие на полностью заполненные электронные оболочки, окружающие ядра лития и натрия.

В результате этого число случайных ошибок в работе кубитов на базе этих искусственных атомов снизилось примерно в три раза, а время их жизни выросло на примерно схожие значения.

В ближайшее время Дзурак и его коллеги планируют создать первые логические схемы на базе подобных квантовых точек и проверить, насколько сильно будет отличаться их работа от того, что происходит с аналогичными конструкциями из «обычных» полупроводниковых кубитов, которые австралийские ученые разрабатывали в прошлые годы.

Другие новости науки и технологий читайте в сообществе «ТАСС. Наука» Вконтакте и на сайте «ТАСС. Наука».

Источник: m.vk.com

Комментарии: