Австралийские физики сделали большой шаг к созданию универсального квантового компьютера – они создали первый полноценный вычислительный модуль из двух кремниевых кубитов, способный выполнять квантовый аналог логической операции "ИЛИ", говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.
"Нам удалось совершить первое вычисление внутри квантового кремниевого чипа, используя те технологии, которые применяются сегодня в полупроводниковой индустрии. Нам удалось достичь этого, используя обычные транзисторы, которые мы перестроили таким образом, что через них мог проходить только один электрон",
завил Эндрю Дзурак из университета Нового Южного Уэльса (Австралия).
Дзурак и его коллега по университету Андреа Морелло уже несколько лет разрабатывают компоненты, необходимые для сборки полноценного квантового компьютера. Так, в 2010 году они создали квантовый одноэлектронный транзистор, а в 2012 году — полноценный кремниевый кубит на основе атома фосфора. В 2013 году они собрали новую версию кубита, которая позволяла почти со 100% точностью считывать данные из него и оставалась стабильной очень долго.
Оставался один шаг – научиться объединять подобные кубиты, используя те же полупроводниковые технологии, что и сами ячейки квантовой памяти. Сделать это, как отмечает Дзурак, было крайне тяжело, так как наладить связь между отдельными кубитами ученым удавалось только при сверхнизких температурах или при помощи сверхпроводников.
Дзураку и его коллегам удалось найти решение этой проблеме, заменив атом фосфора на редкий изотоп кремния – кремний-29, и поменяв структуру кубита, сделав его очень похожим на обычный полевой транзистор, применяемый в почти всех компьютерных чипах.
Благодаря этим модификациям, австралийским физикам удалось объединить два подобных кремниевых кубита, просто расположив их рядом и соединив их затворы друг с другом. Созданная ими структура представляет так называемый CNOT-вентиль – квантовый аналог устройства, исполняющего операцию "ИЛИ" в классических микросхемах.
По словам Дзурака, его лаборатория уже разработала и запатентовала технологию, которая позволяет производить чипы с тысячами и миллионами подобных кубитов, взаимодействующих друг с другом, при помощи тех же технологий, которые уже существуют сегодня.
"Сейчас мы активно ищем партнеров в IT-индустрии для создания первого полноценного универсального квантового процессора. Мы сделаем мечту о квантовых вычислениях реальностью",
— заключает Дзурак.
Квантовый компьютер — вычислительное устройство, использующее в своей работе квантовомеханические эффекты. Принципиальным отличием таких компьютеров от традиционных является использование квантовых систем с двумя возможными состояниями (так называемых квантовых битов, кубитов) вместо двоичной системы представления информации в виде 0 и 1.
Кубитом может быть спин электрона, принимающий состояния, условно называемые "верх" и "низ". Для своей работы компьютеры должны уметь менять состояние спина, то есть записывать информацию, и отслеживать это изменение, тем самым считывая обработанные данные.