Алмазы могут стать строительными блоками для квантовых компьютеров
Алмазы могут стать строительными блоками для квантовых компьютеров

Существующие квантовые компьютеры функционируют только при крайне низких температурах

Источник: IBM


14:12 14.11.2016   |  Агам Шах |  Служба новостей IDG

Рубрика Технологии |   1292 прочтения



Для получения устойчивых кубитов исследователи из Университета Северной Каролины «легируют» микроскопические алмазы ионами азота.

Алмазы относятся к числу самых дорогих драгоценных камней в мире, но вместе с тем они могут выступать и в роли строительных блоков для квантовых компьютеров.

Поскольку по своей структуре алмазы являются очень прочными, исследователи уверены в том, что они помогут преодолеть ряд трудностей, с которыми пришлось столкнуться разработчикам квантовых компьютеров.

Потенциал квантовых компьютеров огромен – они могли бы способствовать значительному повышению вычислительной мощности и в конечном итоге прийти на смену сегодняшним ПК и серверам.

Но появления универсальных квантовых компьютеров, судя по всему, придется ждать десятки лет, что обусловлено помимо всего прочего еще и сложностью создания подобных систем. На сегодняшний день квантовые компьютеры являются крайне неустойчивыми. Тем не менее, исследователи активно ищут пути преодоления имеющихся трудностей в части использования существующих материалов, программирования и создания аппаратного обеспечения.

Исследователи из Университета Северной Каролины разработали систему для синтетического изготовления микроскопических алмазов – их называют еще наноалмазами – и специальных кристаллических структур, которые способствовали бы повышению устойчивости вычислений, выполняемых квантовыми компьютерами.

Исследователи адаптировали структуру наноалмазов, состоящих из атомов углерода, для стабилизации кубитов в центре квантового компьютера. Наноалмазы с примесями позволяют кубиту устойчиво изменять свои состояния.

В современных компьютерах биты данных хранятся в виде единиц и нулей, тогда как в квантовых компьютерах используются кубиты, позволяющие одновременно хранить единицу и ноль в нескольких состояниях. Благодаря такой суперпозиции кубиты создают условия для огромного роста вычислительного потенциала квантовых компьютеров.

Однако кубиты отличаются хрупкостью и неустойчивостью, вследствие чего создание квантовых компьютеров представляется пока труднодостижимым. После начала взаимодействия или «запутывания» кубитов в процессе выполнения вычислений их поведение и состояние становится трудно прогнозировать. А выход кубитов из-под контроля приводит к нарушению вычислительных циклов.

Исследователи из Университета Северной Каролины предложили новую технологию создания однокристальных наноалмазов, которые потенциально могли бы использоваться в качестве компонентов квантовых компьютеров, работающих при комнатной температуре. Соответствующая технология формирует стабильную среду для суперпозиции, которая в свою очередь помогает наладить устойчивое выполнение вычислений.

В мире уже существуют квантовые компьютеры, разработанные с использованием технологий IBM и D-Wave Systems, но они функционируют только при низких температурах, в специальных холодильниках.

Чистые алмазы, добываемые из недр, состоят из сцепленных друг с другом атомов углерода. Команда исследователей создает в наноалмазе так называемую азото-замещенную вакансию (nitrogen vacancy doped), в результате чего центральный атом углерода замещается атомом азота. Эта процедура превращает наноалмаз в кубит.

Сам NV-центр (nitrogen-vacancy center) сохраняет в суперпозиции устойчивость и может переходить из одного состояния в другое под воздействием электрического тока или лазера.

Добавление в наноалмазы азота осуществляется синтетическим путем с размещением на подложке аморфного углерода и последующей его бомбардировкой ионами азота и изотопами углерода-13.

Операция проводится при температуре 4 тыс. градусов Кельвина за миллионную долю секунды. Предложенный метод снижает количество примесей, которые могли бы нарушить квантовые вычислительные циклы.

«Новая технология создания азото-замещенных вакансий в наноалмазах стоит недорого и позволяет добиться значительных успехов в деле построения квантовых компьютеров», – указал профессор Университета Северной Каролины Джей Нараян.

В настоящее время исследователи обсуждают с государственными и частными организациями возможность использования полученных ими результатов для организации производства квантовых компьютеров.


Теги: Квантовые вычисления Нанотехнологии