24.04.2012

Американские физики разработали масштабируемый квантовый компьютер

Американские и немецкие физики разработали "алмазный" квантовый компьютер, который работает при комнатной температуре и число исполнительных модулей которого можно легко расширять, что позволит создавать практически применимые квантовые вычислительные приборы уже в ближайшие годы, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Работы по созданию квантовых компьютеров ведутся относительно давно. Их преимуществом - правда, пока только в теории - является сверхвысокая скорость обработки информации, которая должна позволить в будущем решать задачи, непосильные для современных суперкомпьютеров. Существует два популярных направления развития квантовых вычислений - системы на основе отдельных атомов и компьютеры на базе сверхпроводников и "твердотельных" веществ.

Норман Яо (Norman Yao) из Гарвардского университета и его коллеги, в том числе и выходцы из России Алексей Горшков и Михаил Лукин из Гарвардского университета, использовали кубиты на базе "дефектных" алмазов для создания своей версии квантового компьютера.

Дефектные алмазы стремительно набирают популярность среди ученых, изучающих квантовые вычисления. Широкий интерес к этой методике обусловлен двумя важнейшими преимуществами - кубиты на основе алмазов достаточно легко изготовлять и получать; они способны работать при комнатной температуре.

"Сердцем" вычислительного модуля служит дефект - атом азота, "затесавшийся" в кристаллическую решетку алмаза. Ученые научились использовать спин - направление вращения - электронов атома азота и его ядра для обработки данных в кубите и для хранения информации в течение очень продолжительного времени.

Яо и его коллеги смогли преодолеть главный принципиальный недостаток алмазных кубитов - сложность в передаче состояния на относительно большие расстояния, разработав шину передачи квантовых данных. По своей сути, она состоит из цепочки алмазных кубитов и микромагнита, который можно направить на любой из исполнительных модулей.

При работе квантового компьютера передача информации по этой шине осуществляется с помощью магнитного поля, которое последовательно передает спин электрона от отправного кубита к точке назначения через цепочку алмазных модулей. Ученые назвали свое изобретение "темной" шиной, так как атомы азота, участвующие в передаче данных, не светятся при облучении фотонами, оставаясь темными.

"Темная" шина позволила Яо и его коллегам разработать практически реализуемую схему многоярусного квантового компьютера, который состоит из нескольких алмазных "плакеток" разных размеров. Самые маленькие пластинки длиной в несколько микрометров состоят из нескольких параллельно расположенных кубитов. Такие пластинки объединены в супер-плакетку при помощи "темной шины", которая позволяет расширять архитектуру, добавляя произвольное количество новых "плакеток".

Как утверждают ученые, подобный квантовый компьютер, хотя и в ограниченном исполнении, можно создать при помощи доступных на сегодня технологий. Тем не менее, существует множество известных и пока неизвестных практических проблем, которые станут известны при попытке собрать вычислитель на основе этой архитектуры.

Источники:

1. РИА Новости