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:
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 1930 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 2193 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 1807 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 2356 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 2668 0 Технология
0
Cоздан первый в мире алгоритм для ДНК-компьютера
Российские ученые создали алгоритм, который позволит созданному в будущем ДНК-компьютеру составлять учебные расписания - одну из непосильных задач для современной техники. Отметим, что речь идет о биохимическом компьютере, который появится в ближайшем будущем. Алгоритм, созданный учеными из Санкт-Петербурга под руководством ..
2014-03-17 1473 0 Технология
0
Учёным удалось закодировать изображение на биологическом компьютере
Биологами из Израиля и США впервые получено изображение, созданное при помощи ДНК-кодирования. На одном ДНК-чипе учёные спрятали две картинки, дешифровкой которых занимались специально сконструированные молекулы. В широком смысле биологическим компьютером можно считать любой живой организм, однако в данном ..
2012-02-11 1955 0 Технология
0
3D-принтер будет кормить американских солдат
По заказу Пентагона группа инженеров Массачусетского технологичного института работает над созданием пищевого 3D-принтера для приготовления еды в полевых условиях. Технические детали проекта принтера для нужд армии США пока не разглашаются, но по своему принципу работы он будет похож на другие 3D-принтеры. Предполагается, что оператор такой ..
2014-08-11 1956 0 Технология
0
Ученые превратили простую бумагу в сенсорный дисплей
Стало возможным одним движением пальца, как на экране планшета, переносить информацию из книг и журналов в компьютер и наоборот. Разработчики из японской компании Fujitsu предложили объединить простую бумагу и сенсорный дисплей при помощи сравнительно простой технологии. Устройство состоит из обычной ..
2013-04-18 1450 0 Технология
0
Алмаз превратили в графит рентгеновским лазером
Как правило, фазовые превращения, например, переход из алмаза в графит или из белого олова в серое, происходят под действием температуры. Но существуют и необычные исключения. Оказывается, превращение алмаза в графит при облучении мягким рентгеновским излучением происходит по механизму, не связанному с нагревом материала. Этот процесс по меньшей ..
2017-11-26 4072 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 1396 0 Технология
0
Ноутбук VivoBook E403SA-US21 компании Asus поступил в продажу
Любое компьютерное устройство, будь то ноутбук, компьютер или любое другое устройств, со временем нуждается в ремонте или, хотя бы, в профилактической чистке. Проводить такие процедуры, как установку программного обеспечения, настройку связи Wi-Fi, ремонт компьютеров киев, чистку систем ..
2016-03-21 2141 0 Технология
1
Люди смогут набирать текст силой мысли
Современный мир не стоит на месте, появляется все больше технологий, устройств, позволяющих упростить жизнь человечества. Кто-то создает плавающие автомобили, кто-то разрабатывает новые лекарства, а ученые из США разработали систему, позволяющую писать текст силой мысли. Американский ученый Джонатан Уолпу ..
2014-11-16 1731 0 Технология
0
Мозги обезьян впервые объединили в живой компьютер
Ученым впервые удалось соединить мозги нескольких обезьян в живой компьютер, способный выполнять задачи и решать проблемы. Если таким же образом получится объединять усилия мозга нескольких человек, представители Homo sapiens смогут как минимум передавать абстрактные ..
2015-07-11 2434 0 Технология
0
Тест на интеллект. Или  как видит мир искусственный  интеллект?
 Новое изобретение компании Google, нейронная сеть под названием Deep Dream, совсем недавно завоевала интернет своей способностью транслировать изображения в видения. Сегодня разработчики за Стэндфорда продемонстрировали разработку NeuralTalk.  Искусственный интеллект для начала научили различать лица людей ..
2015-07-17 3996 0 Технология
0