Александър Бураса (вляво) и Крис Андерсън до своите инструменти за квантово измерване
(снимка: Cyrus Zeledon / UChicago)
За развитието на квантовите изчисления ще са необходими квантови аналози на оперативната памет и твърдите дискове. Някои данни трябва да се съхраняват за относително кратко време, докато други – за много, много дълго време. И ако с „краткото” съхранение всичко е повече или по-малко ясно, то са налице сериозни трудности с дългосрочното съхранение на квантовите състояния (кубити). Ново изследване на Чикагския университет обещава да се справи с това предизвикателство.
Учените са провели експеримент за създаване на контролиран субатомен елемент на квантова памет. Елементът е създаден в полупроводник – силициев карбид. Атомните ядра на материала играят ролята на запомнящ елемент, а ролята на управляващ елемент изпълнява уловен от полупроводника електрон. След това същият електрон се заплита (свързва) с квантовата памет, което показва възможността за контролирано създаване и дългосрочно задържане на кубити.
„Полупроводниковите материали са структури на атомни ядра, удържани заедно чрез електронни връзки. Някои, но не всички от тези ядра имат свойство, наречено „спин”, което им позволява да се държат като малки квантови магнити. Ядра, които имат спин, могат да се използват за кодиране [запис] на квантова информация”, поясняват учените от Чикагския университет.
Художествено представяне на заплитането на електрон (лилава сфера) с ядрото на атом
(илюстрация: Peter Allen / UChicago)
За да повлияят на ядрата на атомите на силициевия карбид, учените са приложили методи, които се използват при ядрено-магнитен резонанс (ЯМР), но са заменили обемната магнитна камера само с един електрон. Така изследователите се сдобиват с инструмент, с който могат да контролират състоянието на отделна група ядра. Ядрените спинове са много стабилни и могат да поддържат кохерентност в продължение на часове, което на практика е цяла вечност за квантовите изчисления.
Учените вярват, че „могат да разработят материали, които ще имат десетки висококачествени квантови запомнящи устройства на площ, по-малка от един транзистор в съвременните интегрални схеми”. Някои от тези устройства за съхранение ще служат като памет за оперативни изчисления, докато други ще станат основа за дългосрочно съхранение на квантова информация.