Графен и плазмоны - основа новой архитектуры квантовых компьютеров - «Наука и технологии»

Графен, материал, состоящий из единственного слоя атомов углерода, может стать основой для будущих оптических квантовых компьютеров благодаря работе исследователей из Венского университета и Института фотоники, Барселона. Эти исследователи продемонстрировали, что графеновые структуры, "скроенные" особым образом, позволяют единичным фотонам эффективно взаимодействовать друг с другом. И на основе этого эффекта была разработана новая архитектура для оптического квантового компьютера, описание которой опубликовано в разделе "Quantum Information" онлайн-варианта журнала "Nature".

Известно, что фотоны достаточно хорошо взаимодействуют с любыми другими материалами, однако, они практически не взаимодействуют друг с другом, даже проходя одновременно через одну и ту же область пространства. Это, с одной стороны, делает фотоны идеальным носителем для хранения и переноса квантовой информации. С другой стороны, для создания фотонного квантового компьютера требуется, чтобы имелась возможность изменения состояния одного фотона на основе информации, закодированной в другом фотоне.
Такое устройство, в недрах которого происходит взаимодействие фотонов, называют квантовым логическим элементом, и для создания универсального квантового компьютера могут потребоваться миллионы таких элементов. Одним из способов реализации взаимодействия между фотонами является использование так называемых нелинейных материалов, материалов, имеющих нелинейные оптические свойства. К сожалению, все нелинейные материалы естественного происхождения не обладают эффективностью, требуемой для создания квантовых логических элементов.

Для реализации взаимодействия между фотонами ученые из Венского университета предложили использовать плазмоны, искусственно создаваемые на поверхности графена. Напомним нашим читателям, что графен, состоящий из единственного слоя атомов углерода, является одним из первых условно двумерных материалов. Он был открыт чуть больше десятилетия назад, и, начиная с того момента, ученые постоянно находят какие-то удивительные и экзотические вещи, связанные с данным материалом. В данном случае используется весьма необычная электронная конфигурация графена, которая обуславливает возможность создания на его поверхности плазмонов, "живущих" достаточно длительное время.