Физики создали скоростную электронную "пушку" для квантового компьютера
Физики из Австралии создали сверхскоростную электронную пушку, способную управлять движением миллиардов одиночных электронов каждую секунду, что необходимо для создания квантовых компьютеров. "Инструкции" по ее сборке были опубликованы в журнале Nano Letters.
"Обретение полного контроля над движением электронов – крайне важный шаг для создания масштабируемых квантовых компьютеров. Конечно, мы умели управлять их поведением в макромасштабах еще 150 лет назад, однако на квантовом уровне они ведут себя совсем иначе", — заявил Джузеппе Теттаманци (Giuseppe Tettamanzi) из университета Аделаиды (Австралия).
Теттаманци и его коллеги из университета Нового Южного Уэльса 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-31.
В 2013 году они собрали новую версию кубита, которая позволяла почти со 100% точностью считывать данные из него и оставалась стабильной очень долго. В октябре 2015 года они сделали первый шаг к созданию первого кремниевого квантового компьютера, объединив два кубита в модуль, выполняющий логическую операцию ИЛИ. Два года назад им удалось защитить кубиты от помех, сделав большой шаг в сторону создания "рабочего" квантового компьютера.
Оставался один шаг – научиться объединять подобные кубиты, используя те же полупроводниковые технологии, что и сами ячейки квантовой памяти. Сделать это было крайне тяжело, так как "обычные" квантовые ячейки памяти могут взаимодействовать друг с другом лишь на небольшом расстоянии.
Австралийские физики обошли эту проблему, используя одиночные электроны в качестве переносчиков квантовой информации. Поведением подобных квантовых "гонцов" можно легко управлять, однако получить их не так просто – для этого необходимы электронные "пушки", способные испускать по несколько миллиардов частиц каждую секунду.
Их роль могут играть квантовые точки – искусственные "атомы" из кусочков полупроводника, внутри которых существует особая область, так называемая потенциальная яма. Попадая в нее, электрон может находиться только в определенных состояниях и обладать определенной энергией, благодаря чему его движением и поведением можно очень гибко управлять.
В прошлом, как отмечает Теттаманци, ученые уже пытались создать сверхскоростные электронные "пушки" на базе квантовых точек. Они неплохо работают в тех случаях, когда число испускаемых ими частиц невысоко, однако при достижении "скорострельности" в миллион электронов в секунду их КПД и надежность резко падают.
Ученые из Аделаиды и Сиднея решили эту задачу, собрав квантовую точку из микроскопических кусочков алюминия, кремния и ряда других полупроводниковых материалов со специально подобранными свойствами, которые препятствуют побегу "лишних" электронов. Это позволило им достичь отметки в 2,5 миллиарда испускаемых электронов в секунду, не жертвуя индивидуальным контролем над движением каждой частицы.
Достижение подобного уровня "скорострельности" позволит физикам объединять даже самые недолговечные кубиты и использовать их сети для решения сложнейших задач, которые не под силу даже самым мощным компьютерам современности.
