понедельник

Алмазы в суперкомпьютере

Бриллианты являются лучшими друзьями не только девушек, но и суперкомпьютеров тоже.

В 2010 году в научном журнале ACS Nano, издаваемом Американским химическим обществом (American Chemical Society), была опубликована статья группы ученых из Центра спинтроники и квантовых вычислений при университете Калифорния, посвященная исследованию азото-замещенной вакансии в алмазе. Согласно публикации, калифорнийские ученые использовали коммерчески доступные технологии для создания алмазов с крошечными отверстиями, заполненными азотом, которые рассматривались в качестве ключа к следующему поколению суперкомпьютеров.

Одним из соавторов публикации стал профессор в области физики Дэвид Ашалом (David Awschalom). По его словам, ученые использовали хорошо известные методы, чтобы на атомном уровне создать дефект в кристаллической решетке алмазов. 

Азот присутствует в алмазах и бриллиантах в виде примеси. Присутствие азота придает некоторым алмазам желтый оттенок. И в течение многих лет ученые используют эти алмазы с азотными примесями для изучения различных аспектов квантовой механики.

Дело в том, что азото-замещенная вакансия в алмазе или NV-центр (nitrogen-vacancy center) представляет собой дефект алмаза в виде нарушения строения кристаллической решётки. Но алмазы с таким дефектом могут хранить в миллионы раз больше информации, чем существующие в настоящее время системы на основе кремния, и процессы обработки информации осуществляются в десятки раз быстрее.

На момент публикации статьи американские ученые еще не определились с тем, как могут быть использованы вычисления на основе алмаза и этот вопрос не затрагивался. Предположительно, сфера применения алмазных вычислений может варьироваться от проектирования более эффективных компьютеров до разработки лекарств и криптографии.

Впрыск атомов

В процессе исследования ученые из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (США) вместе с коллегами из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Калифорния, США) с помощью ионного пучка сначала выбили два атома углерода в кристаллической решетке алмаза, а затем заменили их одним атомом азота. 

В течение одной секунды ученые смогли впрыснуть около 4000 атомов светящегося азота, а уже через минуту получили несколько сантиметров плоского алмаза. При этом американские ученые не использовали никаких чрезмерно сложных методов для достижения этой цели. Как пояснил профессор Ашалом, любой человек может купить в Интернете необходимые компоненты, отправить их в компанию для структурирования травлением на наноуровне, а затем самостоятельно изучить полученный образец. По словам профессора, его студенты делали это именно так, чтобы продемонстрировать легкость технологии.

Далее профессор Ашалом рассказал, что ключом к квантово-механическому компьютеру на основе алмаза является лишний электрон. Как известно, в обычном компьютере информация кодируется двоичным кодом, как '0' или '1'.

В квантовом компьютере на основе алмаза информация может храниться в спине этого электрона, т.е. в собственном моменте импульса этой элементарной частицы. Это означает, что информация может храниться не только как 0 или 1, но и как направление вращения электрона.

Американские ученые говорят, что этот процесс может привести к резкому увеличению вычислительной мощности по сравнению с существующими кремниевыми компьютерами.

Плодотворный поиск

В публикации приведены мнения других специалистов, которые были настроены не столь оптимистично.

Например, доктор Рэй Босолей (Dr Ray Beausoleil), сотрудник в области информационных и квантовых систем в HP, сказал, что алмазы не смогут заменить применение кремния в современных потребительских компьютерах, поэтому квантовый компьютер не поможет сложить два числа быстрее. 

Тем не менее, Босолей и ученый Дэвид Дивинчензо (David DiVincenzo) из IBM высказали совместное мнение, что компьютер на основе алмаза может оказывать помощь в моделировании некоторых чрезвычайно сложных проблем. 

Выводы

Точку в публикации поставил Дивинчензо, который заявил, что сделанные выводы привели к плодотворному концу в очень долгом поиске всех аспектов электронно активного алмаза. По мнению ученых, алмаз не является верной ставкой для квантового компьютера, но они будут продолжать эксплуатацию в процессе исследования.

Ссылки

ACS Nano scientific journal
http://pubs.acs.org/journal/ancac3

Prof. David D. Awschalom personal page
http://www.zoominfo.com/p/David-Awschalom/77053600

Эта история составлена на основе открытых материалов на английском языке. За дополнительной информацией обращаться к первоисточникам.