Квантовые компьютеры на основе кремния

Технология на основе кремния в мире квантовых вычислений отстает от других методов. Теперь впервые ученые выполнили простые алгоритмы на квантовом компьютере на основе кремния, сообщают физик Ливен Вандерсипен и его коллеги 14 февраля в Nature.

Компьютер имеет всего два квантовых бита или кубита, поэтому он может выполнять только рудиментарные вычисления. Но демонстрация «действительно первая в своем роде на кремнии», — говорит квантовый физик Джейсон Петта из Принстонского университета, который не занимался исследованиями.

Петта и его коллеги сообщают, что кремниевые кубиты взаимодействуют со светом в другом документе, также опубликованном 14 февраля в Nature. Этот прорыв может в конечном итоге позволить кремниевым кубитам общаться с противоположных сторон микросхемы — это необходимость масштабирования компьютеров.

Ученые хотят построить квантовый компьютер, который может выполнять сложные вычисления для стандартных компьютеров. Другие технологии уже ушли дальше, чем технологии на основе кремния. Квантовые компьютеры, изготовленные из сверхпроводящих материалов в 2017 году, включали в себя до 50 кубитов.

Но кремниевые кубиты могут иметь такие преимущества, как способность сохранять свои квантовые свойства дольше, чем другие типы кубитов. Кроме того, такие компании, как Intel, уже умеют работать с кремнием, потому что материал используется в традиционных компьютерных чипах. Исследователи надеются использовать эту возможность, потенциально позволяя компьютерам масштабироваться быстрее.

В стандартных компьютерах единицы информации, называемые битами, могут быть установлены либо 0, либо 1. Кубит, однако, может существовать в неопределенности между 0 и 1, известной как квантовая суперпозиция. Для создания кремниевых кубитов ученые улавливают один электрон в крошечной части кремния, называемой квантовой точкой. Величина кубита — 0, 1 или суперпозиция — зависит от направления спина электрона, его квантового свойства, собственного момента импульса.

Ливен Вандерсипен и его сотрудники создали устройство, состоящее из двух квантовых точек, и выполнили пару стандартных квантовых алгоритмов, в том числе один под названием поиска Гровера. В более крупном квантовом компьютере поиск Гровера может быть использован для обработки информации в базе данных быстрее, чем позволяют традиционные компьютеры.

Как правило, кремниевые кубиты должны быть рядом друг с другом для взаимодействия. Но, добавив миниатюрный магнит, исследователи заставили кубиты взаимодействовать с частицами света или фотонами. В будущем фотоны могли бы обеспечить связь между кремниевыми кубитами на противоположных концах чипа. Результатом является «важный шаг в реализации будущих сетей для многих квантовых бит», — говорит Ливен Вандерсипен.