4 апреля 2014

Россия и США разработали технологию "ядерного" квантового компьютера

Atomic-Energy.ru

Исследователи в США и России разработали технологии модуляции высокоэнергетичных фотонов гамма-диапазона при комнатной температуре. Это открывает возможность для развития квантовомеханических технологий, обеспечивающих очень высокую точность измерений, а также квантово-информационных систем на основе ядерных процессов. Новый подход также может быть полезен для тех, кто занимается фундаментальными исследованиями в различных областях, начиная от роли квантовых явлений в биологических процессах до собственно фундаментальных вопросов квантовой оптики.

Этот метод разработали ученые Ольга Кочаровская и Фарит Вагизов совместно с коллегами из Техасского университета (США) и Казанского государственного университета (Россия). Физический принцип разработанной ими технологии аналогичен известному из физики эффекту Мессбауэра. Изотоп кобальта-57 в результате радиоактивного распада превращается в возбужденный изомер железа-57, который переходит в стабильное состояние в результате испускания «мягкого» гамма-кванта с энергией 14,4 кэВ. Этот фотон в дальнейшем может поглощаться и заново переизлучаться атомами железа-57 в кристаллической решётке, причём благодаря использованию эффекта Мессбауэра его энергия не теряется и не рассеивается.

Металлическая фольга поглощает и излучает фотоны в мегагерцевом диапазоне. Используя эффект Доплера, возможно преобразование одиночного фотона в двойной импульс и даже массив из серии сверхкоротких импульсов. Это делает возможным использование гамма-квантов для кодирования информации в виде «кубитов» - квантовых битов, в которых закодирована информация в зависимости от времени испускания фотонов.

Новый метод имеет значительные преимущества по сравнению с ранее разрабатывавшимися проектами оптических компьютеров на оптическом или микроволновом излучении – чем больше частота излучения, тем больший объем информации можно передать за единицу времени. Кроме того, фотоны в диапазоне энергий от 10 до 100 кэВ (образующиеся в результате внутриатомных переходов и находящиеся на границе рентгеновского и гамма-диапазонов) обладают более высокой проникающей способностью и поэтому их проще фиксировать. И, наконец, использование эффекта Мессбауэра позволяет свести к минимуму эффект «отдачи» при передаче фотонов, что делает возможным использование данной технологии при комнатной температуре.

Новая технология позволяет физикам управлять высокоэнергетичными фотонами более эффективно, чем это было возможно ранее. Как уточняет Кочаровская, в рамках данного подхода можно манипулировать большим числом параметров – менять амплитуду, фазу, частоту излучения и т.п., создавая «по требованию» сигналы произвольной формы, что позволяет обеспечить значительно более высокую, чем в ранее применявшихся технологиях, скорость передачи информации.

 

 

Специалист по рентгеновской оптике Радльф Рольсбергер из немецкой ядерной лаборатории DESY отмечает, что полученный результат впервые даёт возможность для передачи модулированных сигналов с помощью гамма-квантов, однако на настоящий момент технология имеет и недостатки: управлять фотонами в высоком диапазоне энергий значительно труднее, чем в оптическим или микроволновом диапазоне. Также пока имеются высокие потери энергии из-за поглощения и рассеяния.

В настоящее время команда исследователей работает над усовершенствованием метода и возможностью его применения к практическим задачам.