Группе ученых из университета Линчепинга под руководством профессора Вэйминь Чена в сотрудничестве с немецкими и американскими исследователями удалось инициализировать и прочитать ядерные спины, имеющие отношение к кубитам для квантовых компьютеров при комнатной температуре.

 

Квантовый компьютер может стать реальностью

 

Квантовый компьютер управляется законами квантовой физики. Его создание обещает выполнять сложные расчеты или обрабатывать большие объемы данных со скоростью, которая намного превосходит самые быстрые современные суперкомпьютеры.

Традиционный компьютер обрабатывает и передает всю информацию в виде битов, которые могут иметь значение 0 или 1. Но в мире квантовой физики, в этом наноатомном уровне доминируют другие правила. Так, в квантовом компьютере главная единица — кубит, который может иметь любое значение между 1 и 0. Спин, находящийся основе кубитов, использует тот факт, что электроны и атомные ядра вращаются вокруг своих собственных осей. Они могут вращаться как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки (эквивалентно 1 и 0), а также в обоих направлениях одновременно (смесь 1 и 0). Что совершенно немыслимо в традиционном, «классическом» мире компьютеров.

Кроме того, преимущество использования ядерных спинов в качестве кубитов в том, что ядро хорошо защищено и почти непроницаемо для нежелательных электромагнитных помех. Это становится условием для сохранения конфиденциальной информации в кубите нетронутой.

Первой проблемой в построении квантового компьютера стало назначение каждому кубиту четко определенного значения — 1 или 0. Запуск на основе спин-кубитов также требует, чтобы все атомные ядра вращались в том же направлении, либо «вверх» или «вниз» (по часовой стрелке или против часовой стрелки). Наиболее распространенным методом для поляризации ядерных спинов является динамическая поляризация ядер. Но метод требует применения очень низких температур.

Динамическая поляризация ядер через проводимость электронов до сегодняшего дня не была продемонстрирована при комнатной температуре, что имеет решающее значение для развития квантовых компьютеров. Основная проблема в том, что ориентацию спинов электронов можно легко потерять при комнатной температуре, так как она чувствительна к перебоям. Исследователи университета Линчепинга Юттапум Путтисонг, Ксинджун Ван, Ирина Буянова и Вэйминь Чен вместе со своими немецкими и американскими коллегами теперь обнаружили способ обойти эту проблему.

Еще в 2009 году Чэн и его исследовательская группа представили спиновый фильтр, который работает при комнатной температуре. Этот фильтр пропускает электроны, которые имеют нужное направление спина.

С помощью спинового фильтра теперь удалось получить поток свободных электронов с заданным спином в материале GaNAs (арсенид галлия-азота). Спиновая поляризация в этом материале настолько сильна, что она создает сильную поляризацию ядерных спинов атомов при комнатной температуре.

Исследователи также показали, что поляризации ядерных спинов происходит очень быстро — менее наносекунды (одной миллиардной доли секунды). Предлагаемый способ также дает возможность контролировать поляризацию спина в ядре электричеством. То есть информацию, в спине можно инициировать и читать.

Источник