10.07.2012

Русский ученый из Гарварда осуществил прорыв в постройке квантового компьютера

Ученые из Гарвардского университета смогли создать квантовые биты, хранящие информацию в течение примерно 2 секунд. Это примерно на 6 порядков дольше, чем в ходе предыдущих экспериментов.

Отдельной особенностью созданного кубита стало то, что он способен работать при комнатной температуре.

Квантовый бит (или кубит) - это наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере. По мнению исследователей, гарвардский эксперимент сделал на шаг ближе квантовые вычислительные системы.

Большинство существующих квантовых систем создаются на базе сложного и дорогого оборудования, включая установки, охлаждающие систему до абсолютного нуля (около -273 градуса по Цельсию). Группа ученых во главе с гарвардским профессором физики Михаилом Лукиным (Mikhail Lukin) использовала алмазы, выращенные в лабораторных условиях.

"То, что нам удалось достичь в плане контроля, - поистине беспрецедентно, - прокомментировал Лукин. - Мы получили кубит при комнатной температуре. Мы смогли записать информацию в него и сохранить ее в течение относительно долгого времени. Мы полагаем, что данный эксперимент имеет лишь технические ограничения. То есть выглядит вполне реальной возможность продления периода существования кубита на часы. В этом случае становится возможным внедрение реальных квантовых вычислительных систем".

Помимо квантовых компьютеров, Лукин предвидит создание квантовых платежных систем, которые используют квантовые биты для кодирования информации, и квантовых вычислительных сетей с новым уровнем защиты от вторжений.

"Данное исследование - важный шаг на пути к созданию практического квантового компьютера, - сказал Георг Кукско (Georg Kucsko), один из участников научной группы. - Мы впервые смогли создать простую систему с приемлемым для хранения данных временным интервалом".

Основа для эксперимента была найдена командой Лукина несколько лет назад, когда ученые обнаружили, что находящиеся в выращенном в лабораторных условиях алмазе дефекты (азото-замещенные вакансии, NV-вакансии) обладают свойствами отдельных атомов, в частности, имеют спин. С помощью лазерной установки ученые научились управлять спином и узнавать его меняющуюся со временем поляризацию.

Непосредственно данные ученые записывали в изотоп углерода-13, способного долго сохранять свое состояние. Однако, с другой стороны, изолированность является недостатком - потому что к нему трудно "подобраться". Ученые нашли гениальное решение: они смогли взаимодействовать с изотопом с помощью соседних примесей другого типа.

В результате этого взаимодействия по состоянию NV-вакансии можно судить о состоянии атома углерода, и исследователи смогли кодировать бит информации в спин атома.

Кодирование информации в спине атомов углерода-13 и ее чтение с помощью NV-вакансии - это лишь шаг на пути к квантовым компьютером. Прежде чем они станут практически полезными, исследователи должны определить, как воспользоваться квантовым свойством атомов: способностью существовать в двух состояниях одновременно.

Способность находиться в двух состояниях одновременно является ключевым принципом квантовых компьютеров. В отличие от традиционных компьютеров, которые записывают биты информации в состояниях нуль или единица, квантовые компьютеры, используют свойства атомов, чтобы записывать два значения сразу.

По замыслу, это свойство позволит им выполнять несколько вычислений параллельно, что сделает их значительно более мощными, чем традиционные компьютеры, которые выполняют операции в определенной последовательности.

Руководитель научной группы, создавшей кубит, работающий при комнатной температуре, - выпускник МФТИ Михаил Лукин, профессор физики Гарвардского университета, содиректор Гарвардского центра квантовой оптики, содиректор Центра ультрахолодных атомов Гарварда-MIT. Участвует в международном консультативном совете Российского квантового центра, резидента Фонда "Сколково".

Источники:

1. raso.ru