Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Квантовый компьютер — вычислительное устройство, использующее в своей работе квантовомеханические эффекты. Принципиальным отличием таких компьютеров от традиционных является использование квантовых систем с двумя возможными состояниями (так называемых квантовых битов, кубитов) вместо двоичной системы представления информации в виде 0 и 1. Кубитом может быть спин электрона, принимающий состояния, условно называемые "верх" и "низ". Для своей работы компьютеры должны "уметь" менять состояние спина (это процесс записи информации) и отслеживать это изменение (это процедура считывания информации).
Новая идея
Ученые из ФИАНа и РКЦ создали несколько кубитов, используя кристаллы алмаза, имеющие так называемые центры окраски (NV-центры). В них вместо одного атома углерода находится атом азота, а один соседний атом отсутствует. Такие кристаллы алмазов популярны у ученых, занимающихся созданием квантовых компьютеров. Преимущество "алмазных" кубитов в том, что с их помощью можно "изолировать" квантовую информацию от внешней среды, не используя для этого охлаждение.
"По свечению NV-центра вы можете определять его состояние. Если он в состоянии ноль, то светится более ярко. Если он в состоянии единичка, то — менее ярко. У него есть возможность определить, где он был просто по яркости. Как если бы у вас были две лампочки ноль и единичка", — пояснил старший научный сотрудник ФИАН, руководитель группы Квантовых симуляторов и интегрированной фотоники РКЦ Алексей Акимов.
Как управлять информацией
Манипулировать информацией в такой системе можно с помощью радиочастотного поля.
Между двумя состояниями ноль и единица, прикладывая импульс, можно организовывать промежуточные состояния, либо полный переход из одного состояния в другое. Все зависит от длительности импульса, обычно эта длительность порядка десятков наносекунд.
"Но это было бы не так интересно, если бы мы не могли использовать ядерный спин. Благодаря тому, что центр окраски и ядерный спин (изотопа углерода) С-13 могут находиться рядом, между ними возникает магнитное взаимодействие, которое позволяет переписывать информацию с электронного на ядерный спин и обратно. Так как ядерный спин намного меньше взаимодействует с внешним миром, то он является более изолированной, более долговременной, памятью. В ядерном спине информация может храниться намного дольше, это значение может достигать секунд", — добавил Акимов.
Российский квантовый центр — международная научно-исследовательская организация, работающая в области квантовой физики. В рамках квантового центра, в частности, планируется разработать безопасные сети передачи данных, новые материалы с заданными свойствами, субмикронные оптические транзисторы, системы высокочастотной оптической электроники. РКЦ является участником проекта "Сколково".
РКЦ и ФИАН в 2011 году подписали меморандум о сотрудничестве, в рамках которого стороны будут совместно вести исследования и работать по подготовке высококвалифицированных российских специалистов в области квантовых технологий.