Создан работающий при комнатной температуре кремниевый кубит

квантовая ячейка в представлении художникарисунок: Stef Simmons with CC BY

Физиками из Великобритании, Германии и Канады разработали квантовую ячейку, кубит, которая работает без охлаждения до близких к абсолютному нулю температур. При этом в качестве основы для кубита использован атом фосфора, внедренный в очищенный кремний, что позволяет говорить о потенциальной совместимости технологии с обычными микросхемами. Подробности приведены в статье исследователей в журнале Science, а кратко о работе рассказывается на официальном сайте оксфордского университета.

Кубит был создан путем добавления атомов фосфора-31 в кристаллическую решетку из кремния-28, причем использовались именно очищенные изотопы (фосфор-31 составляет 100 процентов природного фосфора, но на кремний-28 приходится 94 процентов кремния). Логическому нулю и единице соответствовали состояния иона фосфора, отличающиеся направлением его ядерного спина (спин ядра 31P равен 1/2), а для управления спином ученые использовали микроволновое излучение.

Ученые сообщают о том, что их разработка позволила сохранять квантовую информацию на протяжении более получаса при комнатной температуре, а в охлажденном до 4 кельвин криостате — более трех часов. Кроме того, состоянием кубита можно было управлять как с охлаждением, так и в обычных условиях. Говорить о переносе технологии на обычные чипы пока не приходится из-за сложности экспериментальной установки (она потребовала дополнительных магнитов, криостата и нескольких лазеров) и невозможнрости избирательно менять состояние отдельных атомов, а не сразу нескольких десятков миллиардов ионов, но физики намерены продолжить работу в выбранном направлении.

Квантовые вычисления основаны на том, что некоторая двухуровневая система (кубит) сначала переходит в смесь двух состояний, затем над ней совершаются определенные действия (логические операции), а потом совершается процедура измерения. Теоретически за счет пребывания кубита в двух состояниях одновременно можно заметно ускорить вычисления, но на практике квантовые вычислительные системы пока работают лишь в качестве лабораторных устройств, производительность которых не позволяет говорить о решении практических задач.