Новые искусственные атомы обещают прорыв в квантовых вычислениях

Квантовые инженеры из UNSW Сиднея создали искусственные атомы в кремниевых чипах, которые обеспечивают улучшенную стабильность для квантовых вычислений, сообщает phys.org.

В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, исследователи квантовых вычислений UNSW описывают, как они создали искусственные атомы в кремниевой "квантовой точке", крошечном пространстве в квантовой цепи, где электроны используются в качестве кубитов (или квантовых битов), основных единиц квантовой информации.

Ученый профессор Эндрю Дзурак объясняет, что в отличие от реального атома, искусственный атом не имеет ядра, но у него все еще есть оболочки электронов, вращающихся вокруг центра устройства, а не вокруг ядра атома.

"Идея создания искусственных атомов с использованием электронов не нова, фактически она была впервые предложена теоретически в 1930-х годах, а затем экспериментально продемонстрирована в 1990—х годах, хотя и не в кремнии. Мы впервые сделали его рудиментарную версию в кремнии еще в 2013 году", - говорит профессор Дзурак, который является стипендиатом ARC, а также директором Австралийского национального завода по производству в UNSW, где было изготовлено устройство квантовой точки.

"Но что действительно волнует нас в наших последних исследованиях, так это то, что искусственные атомы с большим числом электронов оказываются гораздо более надежными кубитами, чем считалось ранее, а это означает, что они могут быть надежно использованы для вычислений в квантовых компьютерах."

До сих пор несовершенства кремниевых устройств на атомарном уровне нарушали поведение кубитов, приводя к ненадежной работе и ошибкам. Но кажется, что дополнительные электроны во внутренних оболочках действуют как "грунтовка" на несовершенной поверхности квантовой точки, сглаживая все и придавая устойчивость электрону во внешней оболочке.

Достижение стабильности и контроля электронов является решающим шагом на пути к тому, чтобы квантовые компьютеры на основе кремния стали реальностью. Там, где классический компьютер использует "биты" информации, представленные либо 0, либо 1, кубиты в квантовом компьютере могут хранить значения 0 и 1 одновременно. Это позволяет квантовому компьютеру выполнять вычисления параллельно, а не один за другим, как это сделал бы обычный компьютер. Мощность обработки данных квантового компьютера экспоненциально возрастает с увеличением количества кубитов, имеющихся в его распоряжении.