Создан квантовый компьютер в алмазе

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 вычислений относительно недавно. В данном случае дефекты в кристалле драгоценного камня стали его главной ценностью. Так называемые точечные дефекты представляют собой "неправильные" узлы кристаллической решётки — вакансии, возникающие при удалении атома углерода из узла решётки, — и связанные с ними атомы азота. Такие дефекты также называются азото-замещёнными вакансиями в алмазе или NV-центрами. Электронные спины каждого центра поддаются манипуляции магнитным, электрическим и микроволновым полями, что позволяет записывать квантовую информацию.

Наименьшие элементы для хранения информации в квантовом компьютере называются квантовыми битами или кубитами. Ими являются спин ядра и спин неспаренного электрона каждого NV-центра.

Прежним попыткам создания квантового компьютера мешало воздействие внешней среды, искажающее вычисления. Оно приводило к декогеренции, то есть нарушению взаимодействия кубитов и последующим проблемам при выполнении операции. Учёные смогли добиться лишь изоляции свободных квантовых битов от внешней среды, однако им не удавалось обеспечить защиту согласованных кубитов.

Статья, опубликованная в журнале Nature, рассказывает о том, как исследователи из Нидерландов и США решили проблему. (Статью также можно скачать с сайта препринтов ArXiv.org.)

"Известно, что взаимодействие между квантовым битом и окружающей средой приводит к утрате переносимой информации. Однако возможен динамический контроль кубитов, — рассказывает ведущий исследователь физик Дэвид Аушалом (David Awschalom), профессор Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. — Защищая кубиты от ошибок, вызванных окружающей средой, мы можем обеспечить исполнение квантового алгоритма обработки информации".

Физики выяснили, что, синхронизуя вращение (тот самый спин) неспаренного электрона и ядра атома азота, можно добиться защиты кубитов.   Электрон значительно меньше и быстрее, чем ядро, но он легче становится "жертвой" декогеренции. Для синхронизации кубитов специалисты использовали микроволновые импульсы, заставляющие электрон постоянно менять направление спина. В результате рассогласования кубитов не происходило, вычисления проводились без сбоев.

Работу нового "защищённого" алмазного компьютера учёные продемонстрировали на примере решения задачи на основе алгоритма Гровера. Алгоритм был создан в 1996 году, до появления идеи создания квантовых компьютеров. Но именно для демонстрации "способностей" квантовых вычислительных систем он подходит лучше всего.

Тест представляет собой задачу по поиску информации в не рассортированной базе данных. Чтобы было понятнее, поиск можно сравнить с рядовой ситуацией: компьютер, зная номер телефона, должен найти в телефонной книге имя абонента.

Человек (или обычный компьютер) в этой ситуации при помощи обычного перебора номеров может случайно найти нужное имя на первой странице или же, наоборот, на самой последней. Если проводить поиск бесконечное количество раз, то в среднем имя абонента будет обнаружено в середине телефонной книги.

Переходя на математические понятия, это означает, что правильный выбор будет найден с X/2 попыток, где X – количество сделанных попыток поиска. То есть в случае 4 попыток имя будет найдено в среднем после 2 попыток.

Квантовый компьютер, используя принцип суперпозиции, найдёт нужный ответ гораздо быстрее. Стоящая за этим процессом математика сложна для понимания, но на практике это означает, что квантовое вычислительное устройство в процессе поиска по не рассортированной базе данных всегда найдёт нужное имя с первой попытки.

Двухкубитный компьютер физиков из Нидерландов и США иногда ошибался (взаимодействовал со средой), но в 95% случаев находил нужный ответ с первой попытки, что, по мнению разработчиков, хороший результат.

Добавим, что квантовые компьютеры не единственные конкуренты современных классических вычислительных устройств. Недавно другая группа специалистов закодировала изображение на ДНК-компьютере.

Также по теме: Физики впервые получили квантовую спутанность двух алмазов при комнатной температуре

Учёные из Японии телепортировали запутанный квант 

vesti.ru

Похожие новости:
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 1372 0 Технология
0
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 1113 0 Технология
0
Ученые сумели записать информацию в квантовые биты
Специалисты из Гарвардского университета сумели организовать запись информации на 2 секунды в квантовые биты. Что является безусловным прорывом по сравнению с предыдущим опытом, когда данные были доступны в течение времени, которое меньше этой цифры на 6 порядков, сообщает «PC-News.info». Кубитом называют ..
2012-07-10 941 0 Технология
0
Дефекты в алмазах помогут в создании квантовых компьютеров
Ученые из США предложили эффективный способ использования азото-замещенных вакансий в алмазе для нужд квантовых вычислений. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Applied Physics Letters, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте издательства AIP Publishing . Физикам удалось создать ..
2014-08-07 1744 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 1961 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 1010 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 1531 0 Технология
0
Создан первый микроскоп на запутанных фотонах
Ученые из университетов Осаки и Хоккайдо разработали метод световой микроскопии, который использует запутанные фотоны для придания большей контрастности изображению. По словам физиков, точность нового метода на 30 процентов превышает стандартный квантовый предел четкости для обычных фотонов. Исследование ..
2014-02-11 1104 3 Технология
0
Дефектный алмаз превратили в источник отдельных фотонов
Японские и европейские физики создали источник единичных фотонов на основе дефекта в алмазе, работающий при комнатной температуре. Статья ученых появилась в журнале Nature Photonics. В рамках работы рассматривались особые дефекты, именуемые NV-центрами, или азотно-замещенными вакансиями в алмазе. Это класс так называемых точечных дефектов, состоящих ..
2012-04-16 1320 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 1113 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 1224 0 Технология
0
Ученые создали первый в мире нанопроцессор
Ученым и инженерам из Гарвардского университета и компании MITRE Corporation удалось создать первый программируемый нанопроцессор в мире. Процессор назвали nanoFSM. Основным преимуществом проекта считается “плиточная” архитектура.При данной архитектуре конечный вариант процессора собирается из наноблоков с электрическими ..
2014-02-01 1492 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 ..
2012-06-4 967 1 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 1459 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 1571 0 Технология
0