Созданы квантовые биты, представляющие собой электронные дырки в кристалле селенида цинка - «Наука и технологии»

Работа всех современных компьютеров построена на законах классической физики, синхронное движение миллиардов электронов или его отсутствие определяют значение информационного бита, 1 и 0 соответственно. В квантовых компьютерах, работа которых базируется на законах квантовой физики, в качестве квантовых битов могут использоваться отдельные электроны, которые могут находиться в состоянии 1, состоянии 0 и в состоянии квантовой суперпозиции, 1 и 0 одновременно. Именно это третье состояние отличает принципы работы квантовых вычислительных систем от традиционных и придает им их уникальные функциональные возможности.

Электрон, помимо вращения вокруг ядра атома, всегда вращается вокруг собственной оси, направление этого вращения называют спином электрона и именно этот параметр является носителем квантового состояния и квантовой информации, записанной в электрон-кубит. Но, ученые обнаружили, что электронные дырки, места в кристаллической решетке полупроводникового материала, где отсутствует один из электронов, так же могут вращаться и обладать своим собственным спином.

Селенид цинка является материалом с упорядоченной кристаллической решеткой. В этот полупроводниковый материал достаточно легко вводится примесь теллура, элемента близкого по свойствам к селену. Наличие атома теллура вместо атома селена в кристалле селенида цинка приводит к образованию стабильной электронной дырки, которые располагаются в кристалле словно пузырьки в стакане газировки.

Окружение из кристаллического селенида цинка ограждает электронную дырку от нежелательного влияния некоторых факторов окружающей среды, что позволяет основанному на ней кубиту хранить квантовую информацию достаточно длительное время, требующееся для проведения квантовой обработки и считывания данных.

Группа профессора Себастьена Франкера (Sebastien Francoeur) добилась значительных успехов в реализации технологии манипуляции информацией, записанной в квантовых битах на основе электронных дырок в среде кристалла селенида цинка. Они использовали свет лазера для того, чтобы откалибровать систему на точное местоположение электронной дырки и записать в нее необходимую квантовую информацию. Для проведения вычислительных и логических операций над записанной информацией использовался луч света еще одного лазера с отличными от первого параметрами. И считывание результата обработки производилось при помощи света еще одного лазера, фотоны которого возбуждали электронную дырку и она начинала излучать собственные фотоны.

Другими словами, ученым удалось добиться устойчивой передачи квантовой информации от стационарных кубитов (электронных дырок) к летящим кубитам (фотоны света) и наоборот. Эта новая технология, в которой использованы некоторые новые типы взаимодействий материи со светом, позволяет инициализировать кубиты быстрее, нежели другие подобные методы. Для передачи данных от стационарного к летящему кубиту и наоборот требуется время, не превышающее сотни пикосекунд, миллиардных долей секунды.

И в заключении следует отметить, что до того момента, пока на основе кубитов из электронных дырок смогут быть созданы квантовые коммуникационные устройства или вычислительные системы, ученым предстоит проделать еще массу работы. И самой сложной задачей, над которой уже начала работу группа профессора Франкера, является реализация прямых взаимодействий между отдельными кубитами, что позволит такой системе выполнять достаточно сложные алгоритмы квантовой обработки информации.