Охота на гибридные кубиты

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.

Четыре щупа сканирующего туннельного микроскопа измеряют спины в тонком слое топологического изолятора.

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.

Диаграмма столкновения двух протонных пучков, в результате которого рождаются новые частицы (зеленым).  Иллюстрации Physorg

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?