Схема атомного масштаба знаменует собой прорыв в области квантовых компьютеров
Инженеры из Сиднея продемонстрировали квантовую интегральную схему, состоящую всего из нескольких атомов. Точно контролируя квантовые состояния атомов, новый процессор может моделировать структуру и свойства молекул таким образом, чтобы открывать новые материалы и катализаторы.
Новая квантовая схема разработана исследователями из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) и стартапом Silicon Quantum Computing (SQC). По сути, она состоит из 10 квантовых точек на основе углерода, встроенных в кремний, с шестью металлическими затворами, которые контролируют поток электронов через цепь.
Звучит достаточно просто, но ключ лежит в расположении этих атомов углерода вплоть до субнанометрового масштаба.
По отношению друг к другу они точно расположены так, чтобы имитировать атомную структуру конкретной молекулы, что позволяет ученым моделировать и изучать структуру и энергетические состояния этой молекулы более точно, чем когда-либо прежде.
В данном случае они расположили атомы углерода в форме органического соединения полиацетилена, которое состоит из повторяющейся цепи атомов углерода и водорода с чередующимся рисунком одинарных и двойных углеродных связей между ними.
Чтобы смоделировать эти связи, команда ученых поместила атомы углерода на разное расстояние друг от друга.
Затем исследователи пропустили электрический ток через цепь, чтобы проверить, будет ли она соответствовать сигнатуре природной молекулы полиацетилена, и, конечно же, так оно и было. В других тестах ученые создали две разные версии цепи, разрезав связи в разных местах, и полученные токи идеально соответствовали теоретическим предсказаниям.
Исследователи говорят, что значение этой новой квантовой схемы заключается в том, что ее можно использовать для изучения более сложных молекул, которые в конечном итоге могут дать новые материалы, фармацевтические препараты или катализаторы.
Эта 10-атомная версия находится на пределе того, что могут моделировать классические компьютеры, поэтому планы команды по созданию 20-атомной квантовой схемы позволят впервые моделировать более сложные молекулы.
«Большинство других архитектур квантовых вычислений не имеют возможности конструировать атомы с субнанометровой точностью или позволять атомам располагаться так близко», — сказала профессор Мишель Симмонс, ведущий исследователь исследования.
«И это означает, что теперь мы можем начать понимать все более и более сложные молекулы, основываясь на размещении атомов на местах, как если бы они имитировали реальную физическую систему».
Исследование было опубликовано в журнале Nature .