Одиночные электроны в кремнии научили общаться с фотонами

Одиночные электроны в кремнии научили общаться с фотонами

Физики из Университета Принстона и лаборатории HRL (Боинг) впервые обеспечили надежную передачу квантового состояния от одиночных электронов в кремниевом устройстве к фотонам, захваченным в сверхпроводящем резонаторе. По словам авторов, это поможет обеспечить связь и запутывание между удаленными кубитами в будущих квантовых компьютерах. Исследование опубликовано в журнале Science, кратко о нем сообщает пресс-релиз университета.

Квантовые компьютеры — устройства, выполняющие логические операции не с классическими битами, а с квантовыми, способными одновременно находиться в нескольких состояниях (например, одновременно быть на 25 процентов «нулем» и на 75 процентов — «единицей»). Такие вычислители позволяют гораздо быстрее справляться с задачами оптимизации, поиска и разложения целых чисел на простые множители. 

В роли кубитов, или квантовых битов, ученые используют различные физические системы, способные существовать в суперпозиции состояний — сверхпроводящие кольца, холодные атомы щелочных металлов, искусственные атомы (квантовые точки) и многие другие. Для выполнения логических операций требуется наладить взаимосвязь между кубитами. Сейчас эта взаимосвязь возможна лишь между соседними ячейками. Один из путей для обеспечения этой связи — передача квантового состояния неподвижного кубита фотону. 

Для этого необходимо реализовать режим сильной связи между кубитом и фотоном. В таких условиях передача квантового состояния должна происходить интенсивнее, чем рассеяние фотонов в резонаторе и чем исчезновение когерентности в кубите. Добиться эффективной передачи квантовой информации фотонам уже удалось для кубитов на основе атомов щелочных металлов, сверхпроводящих колец и оптических систем на основе квантовых точек. В новой работе физики показали эффективную передачу квантовой информации от одиночных электронов в двойных кремниевых квантовых точках к фотонам. 

«В полупроводниковых устройствах этого никто не делал до нас, так как квантовое состояние разрушалось еще до того, как информация о нем могла быть передана» — рассказывает первый автор исследования, студент Принстонского университета Сяо Ми.

Устройство, в котором обеспечивается взаимодействие электрона с фотонами, выглядит следующим образом. Оно состоит из сверхпроводящего ниобиевого резонатора, в котором удерживаются кванты микроволнового излучения, а также многослойной структуры из кремния и кремния-германия, внутри которой находится пара квантовых точек. Провода, обеспечивающие питание устройства, также играли роль защиты от внешних излучений. Благодаря этому прибор обладал небольшим уровнем шумов — в 100-1000 раз меньше, чем его аналоги. 

Квантовое состояние электрона, находящегося в двойной квантовой точке, содержало в себе информацию о том, на каком из двух возможных энергетических уровней он находится (на одном, или одновременно на двух). Положение электрона определялось напряжением, приложенным к устройству. Авторы надеются в будущем модифицировать прибор и передавать фотону состояние о спине электрона. Подобного результата недавно добилась группа американских физиков из университета Мэриленда — ученые использовали фотонные кристаллы.

Ранее физики уже предлагали использовать оптические резонаторы в квантовых компьютерах. К примеру, ученые из России, США и Германии показали, что в качестве платформы для создания квантовых вычислителей можно использовать алмазные волокна с полостями. 

Владимир Королёв

N+1

Похожие новости:
Летающих нанороботов научили играть музыку
Сотрудники Пенсильванского университета (США) научили стаю летающих нанороботов играть заглавную мелодию из фильмов про Джеймса Бонда. Своеобразный "концерт" мини-роботы сыграли на технологической конференции TED в штате Калифорния. Проект с квадрокоптерами (мини-ЛА с четырьмя роторами) создали сотрудники роботехнической лаборатории ..
2012-03-1 1831 0 Электроника
0
Квантовый интерфейс связал электроны и фотоны
Ученые разработали устройство, которое опосредует взаимодействие между фотонами и отдельными электронами. Это первый экспериментальный прототип квантового переключателя в кристалле, который может стать основой для разработки компьютерных квантовых сетей. Результаты работы были опубликованы в журнале Nature Nanotechnology. Исследователи ..
2016-02-10 1692 0 Электроника
1
Оптическая невидимость породит новую электронику
Технология, которая применяется для того, что бы  объекты сделать невидимыми в диапазоне видимого света, может быть использована для скрытия от вездесущих электронов некоторых частей электронных устройств. Это может привести к появлению электронных приборов, работающих на совершенно других принципах, ..
2012-10-22 1165 0 Электроника
0
Американцы научили микросхемы регенерации
Ученые Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology, Caltech) научили микросхемы восстанавливаться после повреждения. Об этом сообщается в пресс-релизе Caltech. Большинству современных микрочипов, поясняется в пресс-релизе, достаточно небольшого сбоя для выхода из строя. Поэтому специалисты Caltech решили ..
2013-03-14 1757 0 Электроника
0
Японцы научили iPhone показывать фильмы на стене квартиры
Японская компания Sanwa Supply выпустила микропроектор 400-PRJ011, предназначенный для смартфонов iPhone 4 и iPhone 4S, передает TechCrunch. Устройство оснащено аккумулятором емкостью 2100 мАч. Батареи хватает на два с половиной часа работы, а на ее зарядку уходит около пяти часов.Когда микропроектор ..
2012-01-4 2206 0 Электроника
0
Ученые создали интеллектуального робота-спортсмена
Ученые из Японии продолжают радовать людей новинками в области робототехники . На этот раз инженеры создали робота для игры в теннис. Основной алгоритм нового робота в том, что он способен совершенствоваться во время игры. Теннисные мячи для робота выстреливаются автоматической пушкой. Сначала робот ..
2013-05-11 1881 0 Электроника
0
Роботов научили играть в пинг-понг
В Восточном Китае 9 октября 2011 года представлен робот, который умеет играть в настольный теннис.ИА Синьхуа пишет, что официально продемонстрированы публике два робота, умеющие играть в настольный теннис, созданные Чжэцзянским университетом (г. Ханчжоу, пров. Чжэцзян). Каждый робот ..
2011-10-16 1770 0 Электроника
0
Робота научили собирать себя из кубиков
Исследователи из лаборатории робототехники и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института (MIT) представили роботов M-Blocks, сообщается на сайте MIT. Роботы состоят из отдельных модулей-кубиков, которые способны собираться в разного рода конструкции. Модули не имеют внешних подвижных частей, но на гранях ..
2013-10-9 1385 0 Электроника
0
iPhone и iPad превратили в пульты
Компания Satechi превратила iOS-устройства в универсальные пульты управления. При помощи специального приложения и небольшой насадки на iPhone, iPad или iPod touch пользователи смогут контролировать устройства в доме, посылая к ним инфракрасные сигналы. Разработчики приложений уже научили продукцию Apple управлять огромным ..
2012-12-2 1382 0 Электроника
0
Китайский квантовый вычислитель «обогнал» первый компьютер человечества
Физики из Китайского научно-технологического университета (Шанхай), Университета Вюрцбурга и Сент-Эндрюсского университета усовершенствовали работу одного из видов квантовых вычислителей — бозонного сэмплера. По словам авторов, теперь устройство превосходит ENIAC (первый универсальный классический компьютер) примерно в 220 раз в определенном классе задач. Ученые ..
2017-05-03 16860 0 Электроника
0
Micron Technology выпустила новый тип памяти
Компания Micron Technology, являющаяся одним из известнейших производителей чипов компьютерной памяти, анонсировала новый тип памяти следующего поколения, изготовленной по технологии Hybrid Memory Cube (HMC). Структура этой памяти представляет собой сложную структуру, которая может ..
2013-01-23 1594 0 Электроника
0
Третью руку научили подыгрывать барабанщику
Ученые из Технологического института Джорджии создали роботизированную руку, которая может прикрепляться к плечу барабанщика и играть вместе с ним. Сообщение опубликовано в пресс-релизе на официальном сайте института. Манипулятор длиной около полуметра реагирует на музыку и движения человека. Например, когда ..
2016-02-18 1413 0 Электроника
1
Украинская "чудо-вспышка" подсветит снимки iPhone
На платформе социальных инвестиций Kickstarter стартовал сбор средств на выпуск мощной портативной LED-вспышки под названием iblazr. Устройство обеспечивает качественные снимки для iOS- и Android-устройств в условиях слабой освещенности. Гаджет придумал киевлянин Владислав Тисленко. Под его управлением команда разработчиков ..
2013-07-31 1164 0 Электроника
0
Робота-помощника научили предсказывать действия человека
Сотрудники американского Корнелльского университета представили доработанную версию робота — помощника по хозяйству PR2, сообщает Wired. Теперь робот умеет предсказывать действия человека. В основе способности робота к «предсказаниям» лежит принцип сопоставления видеозаписей. PR2 имеет доступ ..
2013-05-30 1277 0 Электроника
0
Galaxy Note 3 научили записывать 4K-видео
Перед открытием выставки IFA в Берлине компания Samsung провела презентацию новых устройств. На специальном мероприятии Unpacked 2013 южнокорейский производитель, наряду с "умными" часами Galaxy Gear, показал планшетофон Galaxy Note 3 и планшетник Galaxy Note 10.1 2014 ..
2013-09-6 1456 0 Электроника
0