Инженерное устройство атомарного уровня

Спин в виде стрелки, «спаренный» с орбитами. Иллюстрация Physorg

Австралийцы обещают построить квантовый компьютер на 10 кубитах уже к 2022 году. По крайней мере так заявляет первая австралийская компания, специалисты которой активно работают в плане коммерциализации кремниевого компьютера. Помогают им в этом ученые из Университета Нового Южного Уэльса в г. Брисбене, налаживающие «производство» квантового бита – кубита. Очередная их статья появилась в журнале Science Advances. Быстрота считывания состояний 0 и 1 достигается за счет использования двух атомов бора, помещенных в чрезвычайно компактную цепь коммерческого транзистора. Этим достигаются высокая эффективность «спаривания» атомов бора по отношению к электрическим полям чипа и быстрая манипуляция кубитами, причем на больших расстояниях. Тем самым в Австралии создали первый вариант будущих гибридных квантовых систем.

Гибридность подразумевает использование кремния, электронные спины в котором сохраняются длительное время. К сожалению, спины слабо взаимодействуют с орбитальными моментами. Это удалось преодолеть с помощью спаренных атомов бора за счет применения внешнего магнитного поля. Свое детище авторы назвали инженерным устройством атомного уровня, работающим благодаря продолжительному времени спиновой когерентности и технологическим преимуществам кремния. В общем, кремний рано списывать со счетов. Открытый австралийцами эффект взаимодействия спина с электрическими полями обещает создание технологий спинового резонанса под «водительством» электрических полей.

Совсем иной подход к созданию гибридных систем предложили ученые Массачусетского технологического института (США) и Технологического университета в Сингапуре (ACS). Свою статью авторы начали с того, что ускорения работы компьютеров можно достичь путем избавления от миллисекундных задержек. Это время тратится на передачу и хранение информации между кремниевой и магнитной памятью. В то же время  хранение памяти с помощью сплава германия и сурьмы требует всего лишь 10 наносекунд, поскольку используется только одна структура памяти. Хорошо известно, что сплавы потребляют много энергии и подвергаются разрушению при температурах около 620 К.

Ученые предложили для решения этой проблемы использовать при производстве нанопроводников… бактериофаг М13, то есть ДНК-содержащий вирус, атакующий широко используемую в биотехнологии кишечную палочку (E. coli). Вирус представляет собой вытянутую трубку, оболочка которой содержит 2700 копий протеина Р8. В полости вируса находится ДНК, но не две, как обычно, а одиночная цепь. Известно, что органические молекулы – и белки в том числе – активно взаимодействуют с поверхностью металлов, поэтому понятно использование фага для создания нанопроволок из германия и значительно более дешевого олова. Другим преимуществом является то, что вирус «строится» путем самосборки и к тому же при низкой температуре. Ученые отмечают, что эпоха компьютеров, работающих с молниеносной быстротой, стала намного ближе.