Tyrėjai Australijoje sukūrė naują kubito – kvantinių kompiuterių statybinio bloko – tipą, kurį naudojant, jų teigimu, įmanoma gaminti tikrus, didelius kvantinius kompiuterius. Egzistuoja daug kvantinių kompiuterių kūrimo būdų. Kai kurie užima mažiau vietos, bet labai sudėtingi. Kiti – paprastesni, bet norint juos kiek išplėsti, tektų nugriauti kelias sienas, kad jie tilptų patalpoje.
Tyrėjai Australijoje sukūrė naują kubito – kvantinių kompiuterių statybinio bloko – tipą, kurį naudojant, jų teigimu, įmanoma gaminti tikrus, didelius kvantinius kompiuterius.
Egzistuoja daug kvantinių kompiuterių kūrimo būdų. Kai kurie užima mažiau vietos, bet labai sudėtingi. Kiti – paprastesni, bet norint juos kiek išplėsti, tektų nugriauti kelias sienas, kad jie tilptų patalpoje.
©UNSW
Išbandytas ir veikiantis kubito laikymo būdai yra, naudojant standartines atomo pažabojimo technologijas, pavyzdžiui, jonų spąstus ir optinius pincetus, kuriais daleles galima išlaikyti pakankamai ilgai, kad būtų išanalizuotos jų kvantinės savybės. Kiti, naudodami iš superlaidžių medžiagų sukurtus grandynus, fiksuoja kvantines superpozicijas neįtikėtinai slidžiose elektros srovėse.
Tokių sistemų privalumas – jos remiasi egzistuojančiomis technologijomis ir įranga, tad gaminti jas santykinai paprasta ir nebrangu.
Kaina yra erdvė – technologija gali tikti gan nedideliam kubitų skaičiui, bet norint į kompiuterį sujungti šimtus ar tūkstančius kubitų, mastas greitai tampa nepateisinamai brangus.
Informaciją koduojant atomo elektronu ir branduoliu, naujas silicio kubitas, vadinamas „flip-flop kubitas“, gali būti valdomas elektros signalais, o magnetiniais. Tai reiškia, kad jis gali išlaikyti kvantinį susiejimą didesniu nei bet kada atstumu, tad didesnius kompiuterius gaminti pigiau ir paprasčiau.
„Jeigu jie per arti, ar per toli, tarp kvantinių bitų „susiejimas“ – kuris būtent ir daro kvantinius kompiuterius tokiais ypatingais – neįvyksta,“ sako naują kubitą sugalvojęs tyrėjas Guilherme Tosi iš Naujojo Pietų Velso universiteto Australijoje.
Flip-flop kubitas įsitaisys tinkamiausiame taške tarp šių ekstremumų, suteikdamas tikrą kvantinį susietumą šimtų nanometrų atstumu. Kitaip tariant, tai gali būti būtent tai, ko reikia, siekiant sukurti norimo mastelio silicio pagrindo kvantinius kompiuterius.
Kol kas yra tik prietaiso juodraščiai – jis dar nesukurtas. Bet pasak komandos vadovo, Andrea Morello, pasiekimas yra toks pats svarbus šiai sričiai, kaip ir silicio kvantinių kompiuterių judėjimą pradėjusio Bruce'o Kane'o pradinis straipsnis 1998 m/ „Nature“ žurnale.
„Kaip ir Kane'o straipsnis, tai yra teorija, pasiūlymas – pats kubitas dar nesukurtas,“ sako Morello. „Kai kurie turimi preliminarūs eksperimentiniai duomenys rodo, kad tai visiškai įmanoma, tad siekiame tai pademonstruoti. Bet manau, kad vizija išsakyta būtent Kane'o straipsnyje.“
Flip-flop kubitas veikia, koduodamas informaciją silicio luste implantuoto ir prie elektrodų prijungto fosforo atomo elektrone IR branduolyje. Visas šis darinys atšaldomas iki beveik absoliutaus nulio ir veikiamas magnetiniu lauku.
Kubito reikšmė nustatoma pagal dvejetainės savybės – sukinio – kombinacijas: jeigu elektrono sukinys yra „aukštyn“, kai branduolio yra „žemyn“, kubito endra reikšmė yra 1. Jei atvirkščiai – reikšmė 0. Taip sukinių superpoziciją galima naudoti kvantinėms operacijoms.
Tokius kubitus tyrėjai gali kontroliuoti elektriniais, o ne magnetiniais signalais, o tai turi du pranašumus – juos lengviau integruoti į įprastas elektronines grandines ir, svarbiausia, taip kubitai gali bendrauti didesniu atstumu.
„Šį kubitą galima valdyti, viršutiniu elektrodu šiek tiek atitraukus elektroną nuo branduolio. Taip sukuriamas elektrinis dipolis“. – paaiškino Tosi.
„Tai itin svarbu, – priduria Morello. – Šie elektriniai dipoliai sąveikauja tarpusavyje gan dideliu atstumu, per geroką mikrono, ar 1 000 nanometrų, dalį. Todėl galime vieno atomo kubitus išdėlioti daug toliau, nei manėme, kad įmanoma. Taip atsiranda pakankamai vietos įterpti svarbiu klasikinius komponentus – tarpusavio jungtis, kontrolinius elektrodus ir nuskaitymo įtaisus, išlaikant tikslią atominę kvantinio bito prigimtį. Jį lengviau pagaminti nei atominio mastelio įrenginius, bet vis vien galime kvadratiniame milimetre sutalpinti milijoną kubitų.“
Šis naujasis flip-flop kubitas reiškia balansą, ateityje galėsiantį suteikti nedidelius ir santykinai nebrangius kvantinius kompiuterius.
„Tai puikus dizainas ir , kaip ir daugelio tokių konceptualių šuolių atveju, stulbina, kad niekas apie tai nepagalvojo anksčiau“, – sako Morello.
Tyrimas publikuotas „Nature Communications“.
