0
4198
Газета Наука Интернет-версия

13.09.2022 19:01:00

Охота на гибридные кубиты

Субатомные эффекты становятся все более и более управляемыми

Тэги: физика, технологии, кубит


физика, технологии, кубит Новый гибридный кубит с использованием топологического изолятора.

Греческое слово kybepn («кибер») означало рулевого, стоявшего на корме корабля или лодки и управлявшего движением. (Из этого греческого корня, кстати, произошли и другие привычные нам слова – «губернатор», «гувернер», «киборг» – «кибернетический организм».)

Слово древних эллинов использовал американец Норберт Винер в названии своей книги «Кибернетика», увидевшей свет в 1948 году. В том же году его соотечественник Джон Бардин создал первый полупроводниковый транзистор размером с ноготь мизинца. Этот полупроводниковый прибор реагировал (открыт) или не реагировал (закрыт) на протекающий через него ток, тем самым управляя им. В 1956 году Джон Бардин совместно с Уильямом Брэдфордом Шокли и Уолтером Браттейном получили Нобелевскую премию по физике за свое изобретение. Указанные два состояния транзистора обозначаются дискретными «1» и «0», между которыми нет переходов.

Сегодня чипы с миллионами транзисторов управляют миром в прямом и переносном значении этого слова. И следует признать, что управляют плохо, поскольку допускают вторжение в компьютерные сети и одновременно утечки миллионных баз данных.

9-13-5480.jpg
Четыре щупа сканирующего туннельного
микроскопа измеряют спины в тонком слое
топологического изолятора.
Современные классические компьютеры не позволяют решать многие задачи научного и практического значения. Поэтому научные коллективы и многие высокотехнологичные компании по всему миру работают над проблемой создания работоспособных квантовых компьютеров, использующих квантовые биты, или кубиты. Получают сегодня эти квантовые системы с помощью глубокого охлаждения. Оно позволяет сохранять на некоторое время суперпозицию, или когерентность, бесчисленных квантовых состояний между «0» и «1». Однако требование криогенного охлаждения делает сегодняшние квантовые компьютеры громоздкими и дорогостоящими. К тому же не позволяет пока увеличивать число кубитов более нескольких десятков.

Частичное решение проблемы предложили в нынешнем году во Всемирный квантовый день (World Quantum Day) в Аахенском университете. Там создали первый гибридный сверхпроводящий кубит.

Гибридами в Древнем Риме называли беспородных дворняг-миксов, родившихся от неизвестных родителей. Немцы же использовали хорошо известные материалы, интегрировав так называемый топологический изолятор (ТИ) в сверхпроводящий кубит. За открытие ТИ недавно была присуждена Нобелевская премия, отметившая рождение уникального материала с изолирующей сердцевиной и токопроводящей поверхностью.

Топологический изолятор, если следовать строгому научному определению, – это состояние топологической поверхности, позволяющее проводить переносчиков заряда (электронов и дырок, holes) только в направлении распространения тока. При этом спины зарядов как бы «запираются», что не позволяет их обратное рассеяние.

9-13-4480.jpg
Диаграмма столкновения двух протонных
пучков, в результате которого рождаются
новые частицы (зеленым). 
Иллюстрации Physorg
Следует сказать, что сегодняшнему успеху аахенцев предшествовало сверхточное измерение «запертых» в ультратонкой пленке ТИ спиновых моментов. (Спин определяется как магнитный момент частицы, вращающейся вокруг собственной оси – как Земля при ее движении вокруг Солнца.) Для этого немцы использовали не один, а сразу четыре «щупа» сканирующего туннельного микроскопа.

Успех нынешнего года связан с тем, что авторам удалось встроить топологический изолятор из теллурида висмута и сурьмы (BiSb) 2Te3 в обычный сверхпроводящий чип. Достижение стало возможно благодаря налаживанию производства ТИ в сверхглубоком (ultrahigh) вакууме и применению не менее продвинутых технологий. Все это дало возможность увеличить время релаксации – сохранения квантового состояния – до микросекунд и сохранять при этом квантовую информацию. Немецкие ученые считают, что их гибрид на основе ТИ обозначил направление дальнейшего развития топологических кубитов.

Впрочем, не все их коллеги согласны со столь смелыми заявлениями, не отрицая в то же время глубины технологического достижения. Дело в том, что проводимость в ТИ связана с образованием квазичастиц, существование которых хорошо описывает теория, но реальность которых пока еще не доказана экспериментально. При этом не отрицается реальность продемонстрированных гибридных кубитов, которые весьма устойчивы к воздействию внешних факторов, разрушающих когерентность.

Пока известные квантовые компьютеры построены с использованием обычных квантовых кубитов. Но гибридные весьма многообещающие. Впрочем, здесь вспоминается мир, увиденный глазами Джорджа Орвелла в его культовом романе-антиутопии «1984». Сможет ли пользователь квантового компьютера недалекого будущего полностью изолироваться от всевидящего ока?


Читайте также


Повестку G20 в 2023 году обещают не делать антироссийской

Повестку G20 в 2023 году обещают не делать антироссийской

Юрий Паниев

Свое председательство Индия хочет продвигать под девизом "Одна Земля – одно будущее"

0
1881
Из-за чего у религиозных лидеров не получается примирить Россию и Украину

Из-за чего у религиозных лидеров не получается примирить Россию и Украину

Блажные миротворцы

0
2101
ПО "Роснефти" обеспечит отрасли импортозамещение

ПО "Роснефти" обеспечит отрасли импортозамещение

Татьяна Астафьева

Использование собственного программного обеспечения гарантирует компании независимость от иностранных поставщиков

0
1419
От истребителей до вакцин: 15 ключевых продуктов Ростеха за 15 лет

От истребителей до вакцин: 15 ключевых продуктов Ростеха за 15 лет

0
1661

Другие новости