Карбид кремния открывает новые возможности для квантовых вычислений
 Структура карбида кремния. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Классический компьютер хранит информацию в виде так называемых «битов», имеющих два логических состояния: «0» или «1». В отличие от него, квантовый компьютер допускает существование суперпозиции двух и более состояний для одного квантового бита информации (кубита). Это возможно благодаря тому, что квантовый компьютер использует свойство квантовых частиц находиться в суперпозиции квантовых состояний. В рамках решения определенных задач квантовый компьютер существенно обходит возможности классической вычислительной машины. К примеру, это относится к задачам расшифровки информации. В этом случае скорость работы алгоритма может возрасти экспоненциально с повышением количества кубитов, участвующих в расчете.
Однако квантовый компьютер легко создать лишь в теории. На практике крайне сложно реализовать хотя бы простейший прототип, т.к. квантовые состояния легко разрушаются и их достаточно трудно контролировать.
В последнее время внимание ученых было направлено на создание кубитов на основе дефектов кристалла алмаза. Это связано с тем, что алмазные кубиты могут сохранять свое логическое состояние в течение длительного времени даже при комнатной температуре. Расчеты показывают, что длительность их «жизни» превосходит промежуток времени, необходимый для выполнения квантовой операции. Более того, оперировать этими кубитами можно с помощью оптических инструментов, что потенциально дает возможность встраивать их в фотонные квантовые системы обработки информации. Однако производство этих кубитов остается проблемой как с точки зрения технологии, так и с точки зрения стоимости исходного продукта.
Для решения этой проблемы исследователи из University of California (США) предложили использовать в качестве замены дорогостоящего алмаза карбид кремния. В своей работе, опубликованной в журнале Nature, они показали, что кристаллические дефекты карбида кремния во многом напоминают алмазные. При этом карбид кремния гораздо дешевле в производстве и уже достаточно давно используется в тех областях электроники, где необходимо работать с большими мощностями, большими теплопроводностями и плотностями тока. В целом структуры из карбида кремния гораздо проще могут быть масштабированы до больших систем, нежели алмазные.
В своей работе ученые исследовали разновидность кристалла карбида кремния, известную как 4H-SiC, в которую были включены искусственные дефекты (дивакансии, соответствующие отсутствию паре атомов кремния и углерода в кристаллической решетке). Как и в случае дефекта в кристалле алмаза, отсутствие пары атомов в карбиде кремния формирует мульти-электронную систему, имеющую угловой момент (спин), параллельный или не параллельный линиям внешнего магнитного поля (т.е. равный 0 или 1). Таким образом, дефекты порождают кубиты, которые могут использоваться в квантовых вычислениях. Также как и в случае с алмазом, дефекты в карбиде кремния можно получить оптическими методами, и они сохраняют свое состояние достаточно долго даже при комнатной температуре.
Также по теме:
- Предложен способ перемещения электронов между кубитами в квантовом компьютере
- Квантовый компьютер сможет моделировать квантовые системы, даже если они не изолированы
Источники: