US Ads

вторник

Американские физики на пути к квантовому компьютеру

В 2011 году ученые из американского частного университета Уильяма Марша Райса (Хьюстон, Техас, США)  создали крошечную "электронную супермагистраль", которая в один прекрасный момент может оказаться полезной для построения квантового компьютера. Идея квантовых вычислений существует с начала 1980-х годов и для их выполнения требуется совершенно новый тип компьютера, который будет использовать квантовые частицы вместо цифровых транзисторов, находящихся в современных микрочипах.

В октябре 2011 года в одном из самых престижных американских журналов в области физики Physical Review Letters было опубликовано письмо физиков из Райс Руи-Руи Ду (Rui-Rui Du) и Айван Кнез (Ivan Knez), в котором они описали новый способ изготовления крошечного устройства, называемого "топологический изолятор квантового состояния спина Холла". Устройство, которое действует как электронное супершоссе, является одним из структурных элементов, необходимых для создания квантовых частиц, которые хранят и управляют данными.

Согласно публикации, современные компьютеры используют двоичные биты данных, которые состоят из единиц или нулей. Квантовые компьютеры будут использовать квантовые биты или "кубиты", которые могут находиться в взаимоисключающих состояниях единицы и нули в одно и то же время, благодаря причудам квантовой механики.

Как сказал в публикации Ду, профессор физики и астрономии в университете Райс, эта особенность дает квантовым компьютерам огромное преимущество при выполнении конкретных видов расчетов. Например, интенсивные вычислительные задачи, такие как взлом кода, моделирование климата и биомедицинское моделирование могут быть завершены в тысячи раз быстрее с помощью квантовых компьютеров.

По словам профессора Ду, ученым не нужно много кубитов, чтобы создать мощный компьютер. По его мнению, с точки зрения плотности информации, кремниевый микропроцессор с 1 млрд транзисторов будет примерно соответствовать квантовому процессору с 30 кубитами.

Далее в письме сообщается, что в гонке по созданию квантового компьютера американские исследователи принимают ряд подходов к созданию кубитов. И независимо от подхода, общей для всех проблемой является уверенность в том, что информация, закодированная в кубите, не потеряется с течением времени из-за квантовых флуктуаций. Это явление известно как "отказоустойчивость".

Как сообщается в публикации, подход Ду и Кнеза к решению проблемы называется "топологическим квантовым вычислением". Топологические конструкции, как ожидается, будут более отказоустойчивыми, чем другие типы квантовых компьютеров, так как каждый кубит в топологическом квантовом компьютере будет сделан из пары квантовых частиц, которые имеют практически неизменяемую общую идентичность. Загвоздка с топологическим подходом состоит в том, что физикам еще предстоит создать или изучить одну из таких стабильных пар частиц, которые называются "майорановскими фермионами".

Согласно публикации, неуловимые майорановские фермионы были впервые предложены в 1937 году, хотя гонка для создания чипов на их основе началась только в 21 веке. В частности, физики полагают, что эти частицы могут быть созданы путем объединения  двумерного топологического изолятора и сверхпроводника. Именно таким образом ученые Ду и Кнез создали одну из пар частиц.

По словам исследователя Кнез, топологические изоляторы являются странной и причудливой вещью. Например, электричество не может протекать через них, но может течь вокруг их узких наружных краев. Также Кнез сказал, что если маленький квадрат топологического изолятора прикрепляется к сверхпроводнику, появление неуловимых майорановских фермионов ожидается именно там, где эти материалы встречаются. Если это окажется правдой, устройство потенциально может быть использовано для создания кубитов для квантовых вычислений, сказал Кнез в публикации.

Далее публикация сообщает, что Княез затратил более года на уточнение методов для создания топологического изолятора Райс. Аппарат был выполнен из полупроводника коммерческого класса, который обычно используется в создании очков ночного видения. Как сказал в письме профессор Ду, это является первым 2-D топологическим изолятором,  выполненным из материала, о котором физикам уже известно, как прикрепить его к сверхпроводнику.

В заключительной части сообщения профессор Ду отметил, что они хорошо позиционированы для следующего шага, и в то же время, только эксперименты могут сказать, смогут ли ученые найти майорановские фермионы и являются ли эти частицы хорошими кандидатами для создания стабильных кубитов.

Исследование финансировалось Национальным научным фондом Университета Райс, продвинутой исследовательской программой Hackerman Advanced Research Program, а также фондами Welch Foundation и Keck Foundation.

Источник

Этот обзор составлен на основе пресс-релиза Университет Уильяма Марша Райса от 5 октября 201 года  Physicists Move One Step Closer to Quantum Computer, автор Jade Boyd. Эта публикация могла быть изменена при переводе для содержания и длины текста. За дополнительной информацией обращаться к первоисточнику.

http://news.rice.edu/2011/10/05/rice-physicists-move-one-step-closer-to-quantum-computer-2/