Серьезный прогресс в построении спинтронных квантовых компьютеров

Две независимые лаборатории в США и Европе сообщили о прогрессе в реализации возможности твердотельных материалов сохранять квантовые состояния.

Многие ученые рассматривают спинтронику для квантовых вычислительных систем как наиболее перспективный способ создания кристаллов для ПК, однако лишь немногие из этих исследователей работает с твердотельными материалами. К сожалению, в наиболее удачных нынешних экспериментах используются ультрахолодные газы для хранения спиновых состояний. Тем не менее многие научно-исследовательские лаборатории пытаются использовать достижения спинтроники в традиционных твердотельных материалах.

Перспектива успешной реализации квантовых вычислений стала реальнее благодаря методу создания перезаписываемых компьютерных кристаллов с помощью пучка лазера. Исследователи из Городского колледжа Нью-Йорка (CCNY) и Университета Калифорнии в Беркли (UCB) сообщили об успешном использовании лазерного излучения для кодирования спинового состояния ядер арсенида галлия у полупроводниковых кристаллов.

Разработанный метод может стать основой квантовых вычислений с помощью компьютеров, быстродействие которых во много раз превысит показатели современной вычислительной техники. Группа ученых опубликовала результаты своего исследования в 26 июня в журнале “Nature Communications”.

Современные электронные устройства достигли максимальных пределов по скорости обработки информации, а топология их микросхем зависит от того рисунка, который был вытравлен в процессе изготовления. Полученные таким образом межсоединения служат для передачи информации по электронной схеме. Однако такая реализация кристалла обеспечивает лишь один способ его использования.

Группа американских ученых нашла выход из этой проблемы, воспользовавшись лазерным излучением для такого регулирования спиновых моментов атомов, которое позволяет «на ходу» изменять структуру электронной схемы. Таким образом, ученые доказали принципиальную возможность создания перезаписываемых спинтронных цепей.

Принцип работы цифровой электроники и стандартных вычислительных систем основан на использовании электрических зарядов для формирования двоичного кода. В спинтронном компьютере для кодирования будут использоваться два значения спина электрона. При этом многие вычисления будут осуществляться одновременно, что существенно увеличит быстродействие новых компьютеров.

До сих пор попытка использовать электроны для квантовых вычислений не увенчалась успехом, т.к. их спины быстро и неконтролируемо изменялись, что не может способствовать созданию устойчивых систем по обработке информации. Чтобы исключить случайные изменения значений спина электронов, ученые с помощью лазерного излучения создали пушпульные архитектуры, обеспечивающие устойчивое спинтронное состояние частиц до конца вычислений.

Исследователи воздействовали на образец арсенида галлия (того же полупроводника, который применяется, например, в сотовых телефонах) пучком лазера, чтобы сформировать спинтронную цепь, подобную физической цепи интегральной микросхемы. В результате был получен кристалл, топологию которого можно оперативно стирать и переписывать с помощью пучка лазерного света.

ВЧ-импульсы с измерительной головки поступали на катушку, которая использовалась для управления спином арсенида галлия

Пространственное распределение ядерной намагниченности ⁶⁹Ga в зависимости от интенсивности лазерного излучения

Следует заметить, что на текущий момент ученые из Университета Саймона Фрейзера (Simon Fraser University) и Оксфордского университета (Oxford University) побили собственный рекорд: если 2008 г. время удержания квантового состояния в твердотельном материале составило 1,75 с, то теперь этот показатель вырос в 100 раз, достигнув 3 мин.

Источники: EE Times, The City College of New York

Оставьте отзывОтмена