Физик рассказал, как ученые превращают алмазы в квантовые компьютеры

© Личный архив Дениса СукачеваДенис Сукачев, физик из Российского квантового центраДенис Сукачев, физик из Российского квантового центра

МОСКВА, 27 мая – РИА Новости. Физик  Денис Сукачев из Российского квантового центра рассказал о том, как российские и американские ученые пытаются превратить алмазы в квантовые компьютеры, и объяснил, почему подобные вычислительные устройства уже являются реальностью, а не просто научной фантастикой.

Кубиты представляют собой одновременно и ячейки памяти, и вычислительные модули квантового компьютера, которые могут одновременно хранить в себе и логический ноль, и единицу благодаря законам квантовой физики. Объединение нескольких кубитов в единую вычислительную систему позволяет очень быстро решать математические или физические задачи, поиск ответа на которые при помощи методик перебора заняло бы время, сопоставимое со сроками жизни Вселенной.

Денис Сукачев и многие другие ученые под руководством Михаила Лукина из Гарвардского университета давно работают над созданием кубитов на базе так называемых "дефектных" алмазов. Интерес к ним обусловлен двумя важнейшими плюсами алмазов — кубиты на их основе достаточно легко изготовлять и получать, и они способны работать при комнатной температуре.

Руководитель лаборатории сверхпроводящих метаматериалов НИТУ МИСиС профессор Алексей Устинов с коллегами
Физик: универсальный квантовый компьютер могут создать через 10 лет

"Сердцем" вычислительного модуля служит дефект — атом азота или другого элемента, "затесавшийся" в толщу атомов углерода. Подобные дефекты ученые называют "вакансиями", или NV-центрами, так как добавление атома азота в алмаз создает в его кристаллической решетке особое пустое место с необычными свойствами. В этой точке атом углерода отсутствует, но при этом она обладает всеми свойствами атома, который бы находился в этой точке в условно "замороженном" состоянии.

Ученые научились использовать спин — направление вращения — электронов атома азота и его ядра для хранения информации внутри этого дефекта и для обработки данных внутри кубита в течение очень продолжительного времени.

Алмазная пластина с дефектами, напечатанными российскими и зарубежными учеными
Физики сделали первый шаг к массовому производству квантовых компьютеров

На этой неделе отечественные и зарубежные физики  рассказали о создании технологии, позволяющей массово изготовлять кубиты – элементарные вычислительные модули и ячейки памяти квантовых компьютеров, "печатая" их внутри алмазов.

— Группа Лукина долгое время работала с азотными вакансиями, а недавно вы перешли на кремний. Связана ли эта замена исключительно с различиями в свойствах атомов или она имеет связь и с технологиями изготовления таких дефектов?

— Технологии внедрения азотных NV-центров и кремниевых SiV-центров по своей сути являются одинаковыми. И те, и другие могут быть образованы как во время роста алмаза, так и с помощью ионной имплантации.

Первый метод позволяет нам получать центры с лучшими спектральными свойствами — они не мерцают, не ионизуются, а их частота излучения стабильна на протяжении нескольких часов. "Имплантированые" центры уступают "естественным" дефектам в качестве, но зато технологии их производства позволяют нам контролировать то, где они будут располагаться. Это очень важно в тех случаях, когда мы хотим заставить их взаимодействовать с фотонами предсказуемым образом и помещаем их для этого в нанорезонаторы.

В свою очередь, мы сделали выбор в пользу кремниевых центров потому, что они сохраняют стабильные спектральные свойства при помещении в такие нанорезонаторы, что не характерно для их азотных "конкурентов".

© Фото : Денис Сукачев"Алмазные" кубиты, созданные при участии российских ученых
"Алмазные" кубиты, созданные при участии российских ученых

—  За последние годы профессор Лукин и его коллеги по Гарварду создали шину передачи данных и многие другие конструкции, необходимые для связывания кубитов и работы всего компьютера в целом. Чего еще не хватает для создания полноценных универсальных квантовых компьютеров, или дело только в технологиях и времени?

— Я не вижу фундаментальных препятствий для создания универсальных квантовых компьютеров, а некоторые квантовые вычислительные приборы, оптимизированные под определенный круг задач, уже можно купить сегодня. Примером этого является известный квантовый симулятор D-Wave, создаваемый командой ученых из Google.

Если говорить про "алмазные кубиты", то до недавнего времени все попытки создания кубиты на их базе были основаны на использовании NV-центров. Причиной этого было то, что подобные вакансии способны поддерживать работу квантовой памяти на протяжении нескольких миллисекунд, что является очень длительным временем для квантовых систем.

Основным недостатком этих центров является то, что они вырабатывают малое число фотонов. Это мешает получению перепутанного состояния — одного из основных ресурсов для квантовых вычисления и квантовой передачи данных.

Ученые держат в руках первые плитки кубитов на базе ионов
Физики создадут квантовый компьютер размером с футбольное поле

Если же взять кремниевый центр и поместить его в фотонный резонатор внутри алмаза, что число фотонов многократно увеличится, что должно привести к повышению частоты генерации перепутанного состояния.

Сейчас мы работаем над созданием долговременной квантовой памяти на базе кремниевых центров. Для этого мы охлаждаем их до температуры порядка 20 милликельвинов, что в 200 раз меньше температуры кипения жидкого гелия. При таких температурах атомы углерода полностью "замораживаются", благодаря чему коллективные колебания атомов в кристаллической решетке алмаза, мешающие работе квантовой памяти, так называемые фононы, полностью исчезают.

— Составят ли алмазные кубиты конкуренцию их сверхпроводящим аналогам, и что послужит основой первых "промышленных" квантовых компьютеров?

— Основным преимуществом "алмазных кубитов" над их сверхпроводящими аналогами, на мой взгляд, является то, что их можно использовать для создания "долгой" квантовой памяти благодаря возможности перенесения кубита на ядерный спин.

Канадо-украинский физик Александр Загоскин
Квантовые покемоны: физик Александр Загоскин о квантовых компьютерах

Кроме того, сами  дефекты  способны светиться в оптическом диапазоне, что сильно упрощает процесс передачи данных на большие расстояния благодаря тому, что мы можем использовать для этих целей высококачественное оптоволокно.

РИА Наука
Комментарии
13 пользователей оставили 24 комментария
Семенов Алексей, американцы хорошо платят за идеи, нужно мотивировать наше правительство больше инвестировать в науку, а не стадионы строить да фильмы снимать.
По белому завидую этим исследователям... главное, чтобы не объявился на их голову "Горбачёв", который похоронил мой пористый кремний...
Наверх
Авторизация
He правильное имя пользователя или пароль
Войти через социальные сети
Регистрация
E-mail
Пароль
Подтверждение пароля
Введите код с картинки
He правильное имя пользователя или пароль
* Все поля обязательны к заполнению
Восстановление пароля
E-mail
Инструкции для восстановления пароля высланы на
Смена региона
Идет загрузка...
Произошла ошибка... Повторить
правила комментирования материалов

Регистрация пользователя в сервисе РИА Клуб на сайте Ria.Ru и авторизация на других сайтах медиагруппы МИА «Россия сегодня» при помощи аккаунта или аккаунтов пользователя в социальных сетях обозначает согласие с данными правилами.

Пользователь обязуется своими действиями не нарушать действующее законодательство Российской Федерации.

Пользователь обязуется высказываться уважительно по отношению к другим участникам дискуссии, читателям и лицам, фигурирующим в материалах.

Публикуются комментарии только на тех языках, на которых представлено основное содержание материала, под которым пользователь размещает комментарий.

На сайтах медиагруппы МИА «Россия сегодня» может осуществляться редактирование комментариев, в том числе и предварительное. Это означает, что модератор проверяет соответствие комментариев данным правилам после того, как комментарий был опубликован автором и стал доступен другим пользователям, а также до того, как комментарий стал доступен другим пользователям.

Комментарий пользователя будет удален, если он:

  • не соответствует тематике страницы;
  • пропагандирует ненависть, дискриминацию по расовому, этническому, половому, религиозному, социальному признакам, ущемляет права меньшинств;
  • нарушает права несовершеннолетних, причиняет им вред в любой форме;
  • содержит идеи экстремистского и террористического характера, призывает к насильственному изменению конституционного строя Российской Федерации;
  • содержит оскорбления, угрозы в адрес других пользователей, конкретных лиц или организаций, порочит честь и достоинство или подрывает их деловую репутацию;
  • содержит оскорбления или сообщения, выражающие неуважение в адрес МИА «Россия сегодня» или сотрудников агентства;
  • нарушает неприкосновенность частной жизни, распространяет персональные данные третьих лиц без их согласия, раскрывает тайну переписки;
  • содержит ссылки на сцены насилия, жестокого обращения с животными;
  • содержит информацию о способах суицида, подстрекает к самоубийству;
  • преследует коммерческие цели, содержит ненадлежащую рекламу, незаконную политическую рекламу или ссылки на другие сетевые ресурсы, содержащие такую информацию;
  • имеет непристойное содержание, содержит нецензурную лексику и её производные, а также намёки на употребление лексических единиц, подпадающих под это определение;
  • содержит спам, рекламирует распространение спама, сервисы массовой рассылки сообщений и ресурсы для заработка в интернете;
  • рекламирует употребление наркотических/психотропных препаратов, содержит информацию об их изготовлении и употреблении;
  • содержит ссылки на вирусы и вредоносное программное обеспечение;
  • является частью акции, при которой поступает большое количество комментариев с идентичным или схожим содержанием («флешмоб»);
  • автор злоупотребляет написанием большого количества малосодержательных сообщений, или смысл текста трудно либо невозможно уловить («флуд»);
  • автор нарушает сетевой этикет, проявляя формы агрессивного, издевательского и оскорбительного поведения («троллинг»);
  • автор проявляет неуважение к русскому языку, текст написан по-русски с использованием латиницы, целиком или преимущественно набран заглавными буквами или не разбит на предложения.

Пожалуйста, пишите грамотно — комментарии, в которых проявляется пренебрежение правилами и нормами русского языка, могут блокироваться вне зависимости от содержания.

Администрация имеет право без предупреждения заблокировать пользователю доступ к странице в случае систематического нарушения или однократного грубого нарушения участником правил комментирования.

Пользователь может инициировать восстановление своего доступа, написав письмо на адрес электронной почты moderator@rian.ru

В письме должны быть указаны:

  • Тема – восстановление доступа
  • Логин пользователя
  • Объяснения причин действий, которые были нарушением вышеперечисленных правил и повлекли за собой блокировку.

Если модераторы сочтут возможным восстановление доступа, то это будет сделано.

В случае повторного нарушения правил и повторной блокировки доступ пользователю не может быть восстановлен, блокировка в таком случае является полной.

Чтобы связаться с командой модераторов, используйте адрес электронной почты moderator@rian.ru или воспользуйтесь формой обратной связи.

Заявка на размещение пресс-релиза
Компания
Контактное лицо
Контактный телефон или E-mail
Комментарий
Введите код с картинки
Все поля обязательны к заполнению. Услуга предоставляется на коммерческой основе.
Заявка успешно отправлена