Создан кубит нового типа, способный переключаться из режима хранения информации в режим быстрых вычислений - «Наука и технологии»

Напомним нашим читателям, что основным "стандартным" блоком квантового компьютера является квантовый бит, кубит, способный одновременно и хранить и обрабатывать содержащуюся в нем квантовую информацию. Однако, в силу пагубного влияния ряда факторов окружающей среды и массы других причин кубиты могут терять хрупкое состояние суперпозиции - записанную в них информацию и способность к выполнению квантовых логических операций. Решением этой проблемы могут стать кубиты нового типа, разработанные и проверенные учеными из университета Базеля (University of Basel) и Технического университета Эйндховена (TU Eindhoven). А главным отличием новых кубитов от традиционных является возможность их переключения электрическим способом из "медленного", но стабильного, режима хранения в режим проведения быстрых вычислений.

Из всего вышесказанного становится ясным, что новый кубит способен работать в двух режимах. Первым режимом является его "медленное" состояние, обеспечивающее кубиту большую стабильность и идеально подходящее для длительного хранения информации. Но если на кубит подать электрический потенциал определенной величины, он переключается в более быстрый, но менее стабильный режим, в котором он способен очень быстро выполнять обработку информации.

В основе кубитов нового типа лежит явление, которое еще ни разу не использовалось для таких целей. Ядром кубита является так называемая вращающаяся электронная дырка, которая формируется путем удаления электрона из кристаллической решетки полупроводникового материала. При этом, получившаяся электронная дырка вращается в одном из двух возможных направлений, но, как и любой квантовый объект, также может находиться в состоянии суперпозиции. Направление вращения электронной дырки может быть задано при помощи фотонов света с частотой, равной или кратной резонансной частоте самой дырки.

При помощи быстродействующего электронного ключа исследователи сумели реализовать технологию быстродействующего управления новыми "вращающимися" кубитами. "Спином кубита можно управлять одним щелчком переключателя, при этом, весь процесс переключения занимает меньше одной наносекунды. Для такого же переключения без дополнительной "электрической стимуляции" кубиту требуется от 7 до 59 наносекунд" - пишут исследователи, - "Это позволит производить более одного миллиарда переключений в секунду, что уже приближается к тактовым частотам современных процессоров. Однако, здесь мы говорим не о выполнении квантовых вычислений, а о задании конфигурации кубитов квантового компьютера и записи в них начальных данных. А сами вычисления будут производиться гораздо быстрее при помощи предварительно сконфигурированных кубитов".

Конструктивно новые кубиты изготовлены из кремниевых и германиевых нанопроводников, показанных на снимке серым и зеленым цветом. Электрическое управление состоянием кубита производится при помощи золотых нанопроводников, имеющих на снимке соответствующий цвет. Диаметры любых нанопроводников нового кубита не превышают 20 нанометров, а очень малые размеры кубита позволят в будущем разместить миллионы или даже миллиарды таких устройств на кристалле одного чипа.