Карбид кремния открывает новые возможности для квантовых вычислений

Структура карбида кремния. (кликните картинку для увеличения)

Структура карбида кремния. (кликните картинку для увеличения)

09.11.2011 (19:35)
Просмотров: 4458
Рейтинг: 1.33
Голосов: 6

Теги:
карбид, кремний, алмаз, квант, кубит, компьютер,
Технология >> Нанотехнология






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
Такой материал, как карбид кремния уже широко используется в областях электроники, работающих с большими мощностями и высокими плотностями тока. Но недавно ученые из США в рамках исследований точечных дефектов в кристаллах карбида кремния установили, что он также может найти применение в квантовой обработке информации. Изученные ими квантовые дефекты очень похожи на аналогичные структуры в алмазе. Они обладают электронными спиновыми состояниями, которые могут контролироваться и изменяться под действием света, т.е. ими можно оперировать, как битами квантовой информации (кубитами).

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.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное

Запчасти для холодильников и морозильников liebherr lb-total.ru.
Rambler's Top100