Физики создали квантовый регистр рекордной длины в 14 кубитов.

Австрийские физики из Инсбрукского университета (University of Innsbruck) создали квантовый регистр рекордной на сегодняшний день длины (разрядности), состоящий из 14"запутанных"квантовых битов, кубитов. Команда ученых, возглавляемая Рэйнером Блатом (Rainer Blatt), уже имеет на своем счету подобное достижение. В 2005 году им удалось в ходе одного изэкспериментов реализовать на практике квантовый регистр, состоящий из восьми кубитов.

Сейчас Инсбрукские ученые почти удвоили результат 2005 года, поймав внутри ионной ловушки 14 атомов кальция, которые связавшись или"запутавшись"стали единой 14-битной системой, состоянием которой можно было управлять с помощью света лазера. Такой регистр, как говорят ученые, представляет собой ядро будущегоквантового компьютера. В ходе экспериментов так же выяснилось, что время распада"запутанности"атомов, супердекогеренции, находится не в линейной зависимости от числа атомов, а пропорционально их квадрату. Таким образом, чем в системе больше связанных атомов, тем больше время ее существования.

Так же ученым удалось поймать и удержать в ионной ловушке одновременно 64 атома вещества."Но, пока мы еще не в состоянии"запутать"столь большое количество частиц"-говорит научный сотрудник Инсбрукского университета Томас Монз. -"Однако, достигнутые нами результаты предоставляют нам большие возможности для изучения свойств множественных"запутанных"частиц".

Термин"запутанность"(entanglement)был введен лауреатом Нобелевской премии Эрвином Шредингером (Erwin Schrodinger) в 1935 году для описания квантово-механического явления, которое и по сей день остается весьма загадочным."Запутанные"частицы являются не отдельными частицами, имеющими различные квантовые состояния, они представляют собой скорее цельную систему."Запутывая"соответствующие частицы, квантовые биты, квантовый компьютер будущего будет в состоянии решить задачи намного быстрее, чем современные обычные компьютеры.

Источник

10миллиардов пар частиц были связаны единственным радиочастотным импульсом.

Связанные или запутанные частицы обладают уникальной способностью передавать квантовое состояние от одной частицы к другой, невзирая наразделяющее их расстояние.Именно эта способность используется при так называемойквантовой телепортации,передающей на расстояние не материальные объекты, а информацию. В большинстве экспериментов ученые используют в качестве связанных частиц фотоны, которые легко связать, но их призрачная связь недолговременна, она существует в пределах несколько тысячных долей секунды. Лучше это дело обстоит с полупроводниковыми материалами, связанные атомы которых могут удерживать связь до нескольких секунд времени. И, именно используя кремний, легированный фосфором,ученым удалось получить одновременно около 10 миллиардов пар связанных частиц,используя лишь короткий импульс радиочастотного излучения. При этом, процесс связывания затронул 98 процентов всех частиц, способных связаться в пары. Несмотря на то, что еще не до конца разработаны методики записи и считывания информации из связанных пар, процесс получения огромного количества связанных частиц становится большим шагом на пути реализации квантовых вычислений.

В качестве опытного материала ученые использовали куб из кремния, в кристаллическую решетку которого пыла внесена примесь атомов фосфора. Собственно ядро атома фосфора являлось одной половиной связанной пары. В качестве второй половины выступал общий электрон, связывающий фосфор с атомом кремния. Сначала ученые воздействовали на атомы вещества импульсами микроволнового излучения, что позволило возбудить эти частицы и упорядочить их квантовую ориентацию. После этого, применив короткий импульс более низкочастотного радиоизлучения, удалось связать или запутать эти пары частиц. Проведя анализ состояния частиц, ученые обнаружили, что связались 98процентов от общего числа частиц, которые могли связаться, а общее количество связанных пар превысило 10 миллиардов.

Конечно, массовое создание большого массива связанных частиц, являющихся квантовыми битами (qubits) и способных сохранить 2.5 гигабайта информации, является большим шагом к появлению квантовых компьютеров. Но не менее важными технологиями в этой области являются методы чтения, записи и обработки информации в квантовых битах, а именно эти технологии ученым предстоит еще разработать.

Источник

Темный экситон - темная лошадка в гонке квантовых вычислений.

Гонка в области реализации квантовых вычислений постепенно набирает обороты. И теперь в нее вступил еще один участник, темныйэкситон,претендующий на роль кубита (qubit) - элементарной ячейки будущих квантовых процессоров. В публикации на страницах журнала Nature, авторы утверждают, что эту квазичастицу достаточно несложно получить, она достаточно стабильна и, используя внешний источник света, не составляет труда записывать и считывать из нее информацию.

Экситон - это квазичастица, которая состоит из электрона и"дырки",пустого места в электронной оболочке ядра атома. Когда вращение дырки и электрона происходит в противоположном направлении, эта квазичастица называется"ярким экситоном",когда электрон и дырка вращаются в одном и том же направлении, то такой экситон"темным экситоном".Поскольку вращение электрона и дырки в ярком экситоне происходит в противоположном направлении, он является весьма неустойчивой частицей, любого внешнего воздействия становится достаточным для того, что бы свободный электрон занял место дырки, испустив при этом один фотон света. Темный экситон, наоборот, является достаточноустойчивой и долгоживущей квазичастицей, из-за того, что достаточно непросто столкнуть электрон с орбиты внутрь дырки.

Для того, что бы создать темный экситон ученые"собрали"три парных экситона, биэкситона (biexcitons), под влиянием внешних факторов в непосредственной близости друг от друга. В результате электронного обмена между этими квазичастицами, одна из них преобразовалась в яркий экситон и прекратила свое существование как квазичастица. Два оставшихся биэкситона успешно превратились в два темных экситона. Но сами по себе темные экситоны не могут испускать или поглощать фотоны света, поэтому для записи и считывания информации ученые применили другой метод. Эти квазичастицы были активированы с помощью электрического заряда. Передав этим частицам с помощью специальных носителей электрический заряд, ученые обнаружили, что отрицательно или положительно заряженные экситоны стали снова оптически активными, т.е. способными поглощать и испускать фотоны света. А это означает, чтов эти частицы можно записывать, считывать из них информацию и использовать их в качестве полноценных квантовых битов.

К сожалению, эти эксперименты являются только первыми шагами в направлении квантовых вычислений, использующих свойства темных экситонов. Пока экситон способен хранить информацию только на протяжении 5 наносекунд с момента записи, да и работает это все при температуре 4.2 градуса выше абсолютного нуля. Но, как говорится, это только начало.

Источник