Кристоф Беме (Christoph Boehme) из университета штата Юта (США) совместно со своими бывшими коллегами из Германии разработал прототип сверхбыстрого компьютера, который способен считывать информацию, сохраняемую в виде магнитных моментов ядер фосфора, сообщает PhysOrg. Эта работа - один из самых значительных прорывов в развитии способов обработки квантовой информации.

В современных компьютерах бит информации хранится в виде нулей и единиц в транзисторах на поверхности кристалла кремния. Квантовый компьютер, который пока еще только создается усилиями многих исследователей, будет способен хранить информацию в виде т.н. кубитов (qubit), при этом и сами носители информации несравненно меньше нынешних транзисторов, и скорость обработки данных в них будет значительно выше.

Трем битам информации в обычных компьютерах соответствует восемь различных сочетаний нулей и единиц, но в элементарной ячейке хранится только одно сочетание. В нынешних ПК одновременно идет обработка 64 битов. В квантовых же компьютерах кубит может быть равен 0 и 1 одновременно. Все три кубита можно вычислять одновременно. Это значит, что трехбитный квантовый компьютер может работать в восемь раз быстрее полупроводникового. А квантовый компьютер с 64 кубитами будет работать в 2 в 64 степени раз быстрее.

Исследователи пытались найти разные варианты хранения и обработки информации в наномасштабах. Среди таких попыток - оптические компьютеры, ионы, квантовые точки и спиновые состояния, соответствующие магнитной ориентации электронов или атомных ядер. Д-р Беме и его коллеги использовали идею австралийского физика Брюса Кейна (Bruce Kane), опубликованную в журнале Nature в 1998 году. Кейн, видимо, впервые сформулировал идею о возможности использования ядерных спинов для хранения информации в компьютерах.

В экспериментах К.Беме в монокристалл кремния толщиной около 300 мкм добавляли небольшое количество атомов фосфора, при этом атомы фосфора находились на небольшом расстоянии от поверхности (около 50 атомных диаметров) и расположены на заметном расстоянии друг от друга, а не группами.

Исследователи научились изменять и определять спиновые состояния атомов ( а тем самым и создавать информацию в виде 0 или 1) с помощью слабых электрических полей. Для этого с помощью литографии присоединили два золотых электрода к кремниевой пластине, которые затем покрыли очень тонким (около 2 ангстрем) слоем диоксида кремния.

При подаче напряжения на электроды протекал ток, составляющий единицы или десятки наноампер. После охлаждении кристалла до температуры жидкого гелия на него воздействовали магнитным полем или микроволновым излучением в течение нескольких наносекунд, в результате чего спины ядер меняли свое направление. Эти изменения отражались в измеряемом токе, который увеличивался или уменьшался в зависимости от суммарного магнитного момента кристалла.

В опытах Беме удалось изменить спиновое состояние одновременно у 10 тыс. атомов фосфора. В реальных квантовых компьютерах необходимо считывать спиновое состояние одного атома, а не их группы. Ранее делались попытки изменить спиновое состояние с помощью метода магнитного резонанса, но для этого нужно было иметь не менее 10 млрд. атомов фосфора, так что нынешний успех группы Беме - действительно огромный скачок по сравнению с предыдущими экспериментами. Беме уверен, что дальнейшее улучшение конструкции приборов позволит определять и изменять спиновое состояние отдельных атомов.

Ученые считают свой опыт красивой демонстрацией возможностей нового способа квантовых вычислений - до создания действующей модели квантового компьютера еще предстоит пройти очень долгий путь.

Интересные материалы:

• Dell удаляют с NASDAQ
• Вышла бета-версия F-Secure Client Security 7.1 с поддержкой Vista
• "Двойной агент" в конце месяца
• Швеция: социал-демократы против законопроекта о слежке в интернете
• В SAP СНГ назначен новый директор по персоналу

все новости