Физики соберут квантовый компьютер из ховербордов

Физики соберут квантовый компьютер из ховербордов

Физики из Йельского Университета, Университета Чикаго и Аргоннской Национальной Лаборатории создали устройство, способное считывать количество и, в перспективе, квантовое состояние электронов, левитирующих подобно «ховерборду» над сверхтекучим гелием. Прибор может стать основой для квантового вычислителя, роль кубитов в котором выполняют свободные электроны. Ученые отмечают, что время жизни таких квантовых систем может составлять сотни секунд, что также облегчает создание компьютеров. Исследование опубликовано в журнале Physical Review X, кратко о нем сообщает Physics.

Ключевая задача для создания квантовых вычислителей — изоляция кубитов от внешней среды. Последняя способна разрушать их квантовое состояние, необходимое для вычислений, запуская процесс декогеренции. Более 15 лет назад была предложена схема таких изолированных квантовых элементов памяти, основанная на необычном взаимодействии между электронами и сверхтекучим гелием.

Если поместить электрон рядом со сверхтекучим гелием, то возникают две силы. Первая из них притягивает электрон к гелию, этот процесс аналогичен притяжению электрона к металлическим объектам. Вторая сила имеет более сложную природу и возникает из запрета Паули на нахождение двух электронов в одном квантовом состоянии. Сверхтекучий гелий же близок по своим свойствам к так называемому бозе-конденсату, в котором все частицы находятся в одном квантовом состоянии. В результате электрон оказывается левитирующим на высоте нескольких нанометров над поверхностью гелия.

С помощью электрического поля такие электроны можно дополнительно зафиксировать в одном из направлений. В результате образуется «кристаллическая решетка», состоящая из электронов-кубитов. Такая система слабо подвержена декогеренции, один из ее источников — слабые взаимодействия с рипплонами, рябью на поверхности гелия. Сами электроны при этом могут находиться в таком состоянии на протяжении суток. Однако до сих пор не существовало способа, с помощью которого можно было бы измерять, записывать состояние частиц или хотя бы определять их количество.

В новой работе авторы совместили левитирующие электроны со сверхпроводящим резонатором, расположенным рядом с ними. Ученые охладили систему до температуры лишь на 25 тысячных долей кельвина выше абсолютного нуля и поместили небольшое количество сверхтекучего гелия между электрическими контактами. Затем, с помощью вольфрамового электрода физики поместили над поверхностью гелия большое количество электронов. Частота резонатора, из-за малого расстояния между ним и электронами, начала изменяться, причем, чем больше электронов оказывалось над гелием, нем сильнее смещалась частота. 

Ученые определили, какой сдвиг в частоте вызывает наличие одного электрона, что позволило точно подсчитывать количество левитирующих частиц. Физики обратили внимание, что величина сдвига достаточно велика, чтобы на ее основе определить колебательное состояние одного электрона. Именно колебательные состояния могут играть роль нулей и единиц в кубитах. Петер Рабл, автор заметки на Physics, эксперт из Венского Технологического Университета, отмечает, что такая система способна конвертировать квантовые состояния фотонов в колебательные состояния электронов при некоторой доработке устройства, что расширяет ее возможные применения. В частности, возможно создать принципиально новые состояния материи, основанные на контроле индивидуальных электронов в электронной решетке.

Владимир Королёв

N+1

Похожие новости:
Установлен новый рекорд квантовых вычислений
Ученые из Австралии и Японии, используя новую физическую реализацию кубита, установили новый рекорд квантовых вычислений. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Nanotechnology. Специалисты создали особую физическую реализацию кубита — квантового обобщения классического бита. ..
2014-10-15 1857 0 Технология
0
Google позволила заглянуть в свою "квантовую лабораторию"
Google в мае объявила об открытии футуристической лаборатории Quantum Artificial Intelligence Lab (QAIL), которая должна была заняться изучением искусственного интеллекта с применением достижений квантовой физики. В проекте задействован квантовый компьютер, купленный у канадской компании D-Wave. Система, которая выполняет ..
2013-10-12 1638 0 Технология
0
Учёные собрали простейший квантовый компьютер
Мы уже неоднократно писали о попытках учёных приблизить создание принципиально новых квантовых компьютеров, в которых информация будет передаваться с помощью фотонов. И вот сразу четыре отдельные команды исследователей сделали ещё один небольшой шаг в этом направлении. Они представили простую и пока сильно ..
2012-12-27 2508 0 Технология
0
Физики создали квантовый микрофон
Учёные технического университета Чалмерса (Chalmers University of Technology) продемонстрировали новый тип детектора для сверхслабого звука. Устройство назвали "квантовым микрофоном", так как оно настолько мало, что работает по законам квантовой физики. «Квантовый микрофон» основан на одноэлектронном транзисторе с пьезоэлектрической связью. Переключатель транзистора ..
2012-03-1 2125 0 Технология
0
Аннигиляцию частиц впервые наблюдали на квантовом компьютере
Физики из Австрии и Германии впервые использовали квантовый компьютер для симуляции взаимодействий элементарных частиц методами решетчатой калибровочной теории. Работа ученых позволяет в режиме реального времени проследить за рождением и уничтожением (аннигиляцией) пары частица-античастица в физическом вакууме. Исследование ..
2016-06-23 1929 0 Технология
0
Ученые создали ионный кристалл как мощнейший компьютер
 Международная группа ученых из Австралии, США и ЮАР добилась революционного прорыва в компьютерной технике, создав ионный кристалл, способный работать как супермощный квантовый компьютер. Как рассказал сегодня один из участников проекта Майкл Бирсик из университета Сиднея, созданное "устройство" представляет собой ..
2012-04-26 2817 0 Технология
0
Создан квантовый компьютер в алмазе
Учёные использовали алмаз для того, чтобы изготовить квантовый компьютер. Прежним попыткам создания подобного вычислительного устройства мешало воздействие внешней среды, искажающее вычисления. Теперь же физики из Нидерландов и США нашли решение этой проблемы. Алмаз начал использоваться для квантовых ..
2012-04-9 2985 0 Технология
0
Физики создали квантовый симулятор с сотнями кубитов
Физики из Национального института стандартов и технологий (NIST) создали квантовый симулятор, который может спроектировать взаимодействия между сотнями квантовых битов (кубитов) — в 10 раз больше по сравнению с предыдущими устройствами, сообщает «WordScience.org».Как было описано 26-го апреля 2012-го ..
2012-04-27 2401 0 Технология
0
Квантовые компьютеры сымитирут столкновения частиц
По словам теоретиков, в том числе из Национального института стандартов и технологий (NIST), в один прекрасный день физики смогут использовать квантовые компьютеры для изучения внутренней работы Вселенной, которая является запредельной даже самых мощных суперкомпьютеров, сообщает «PC-News.info». Квантовые компьютеры ..
2012-06-4 1583 1 Технология
0
Светодиоды научились излучать запутанный свет
Физики из Университета Торонто разработали схему работы светодиодов, которые за счет дополнительного сверхпроводящего слоя излучают запутанные фотоны. Работа опубликована в журнале Physical Review B, ее препринт можно найти в arxiv.org, кратко содержание статьи приводится на сайте университета. Обычные ..
2014-03-21 1733 0 Технология
0
Физики создали первый универсальный квантовый вентиль
Физики из университетов Гриффита и Квинсленда впервые создали рабочий прототип квантового вентиля Фредкина. Устройство меняет местами состояния двух кубитов в зависимости от состояния третьего, управляющего кубита. С помощью комбинаций из одного или нескольких таких вентилей можно выполнить любую ..
2016-03-28 2121 0 Технология
0
Квантовый компьютер: создан первый рабочий квантовый бит
Исследовательская группа под руководством австралийских инженеров создала первый рабочий квантовый бит на основе одного атома кремния, тем самым открывая путь к сверхмощным квантовым компьютерам, сообщает «SciencePlanet.ru». В своей статье, опубликованной 19-го сентября 2012-го года в журнале «Nature», ..
2012-09-23 2196 0 Технология
0
Инженеры создали квантовый холодильник
Американские ученые разработали холодильник, который использует законы квантовой физики для снижения температуры. Результаты работы сотрудников Национального института стандартов и технологий (NIST) опубликованы на сайте организации. Новый прибор в рамках эксперимента позволил охладить квадратную медную пластину ..
2013-03-14 1715 0 Технология
0
Японцы создают компьютер для разработки лекарств против рака
Специалисты из японского Института физико-химических исследований (RIKEN) планируют построить самый быстрый в мире суперкомпьютер, который позволит разрабатывать препараты для борьбы с раком, сообщает во вторник японское издание Japan Daily Press.Компьютер будет использоваться для анализа структуры белков. Новая ..
2014-01-14 2012 0 Технология
0
Физики собрали квантовый канал связи рекордной длины
Физики впервые создали универсальный канал для работы квантового компьютера. Статья ученых появилась в Scientific American и Nature, а ее краткое изложение приводит Nature News. Новое исследование носило сугубо прикладной характер. Ученые построили канал связи, который связал ..
2012-04-13 1891 0 Технология
0