Створені нові квантові біти

Дані квантові біти, що представляють собою електронні дірки в кристалі селеніду цинку

Робота всіх сучасних комп’ютерів побудована на законах класичної фізики, синхронне рух мільярдів електронів або його відсутність визначають значення інформаційного біта, 1 і 0 відповідно. У квантових комп’ютерах, робота яких базується на законах квантової фізики, в якості квантових бітів можуть використовуватися окремі електрони, які можуть перебувати в стані 1, стані 0 і в стані квантової суперпозиції, 1 і 0 одночасно. Саме це третій стан відрізняє принципи роботи квантових обчислювальних систем від традиційних і надає їм їх унікальні функціональні можливості.

Електрон, крім обертання навколо ядра атома, завжди обертається навколо власної осі, напрямок цього обертання називають спіном електрона і саме цей параметр є носієм квантового стану і квантової дані, що зберігаються в електрон-кубіт. Але, вчені виявили, що електронні дірки, місця в кристалічній решітці напівпровідникового матеріалу, де відсутній один з електронів, так само можуть обертатися і володіти своїм власним спіном.

Селенід цинку є матеріалом з упорядкованою кристалічною решіткою. У цей напівпровідниковий матеріал досить легко вводиться домішка телуру, елемента близького за властивостями до селену.Наявність атома телуру замість атома селену у кристалі селеніду цинку призводить до утворення стабільної електронної дірки, які розташовуються в кристалі немов бульбашки в склянці газованої води.

Оточення з кристалічного селеніду цинку захищає електронну дірку від небажаного впливу деяких факторів навколишнього середовища, що дозволяє заснованого у ньому кубіти зберігати квантову інформацію досить тривалий час, потрібний для проведення квантової обробки і зчитування даних.

Група професора Себастьяна Франкер (Sebastien Francoeur) досягла значних успіхів в реалізації технології маніпуляції інформації, записаної в квантових бітів на основі електронних дірок в середовищі кристала селеніду цинку. Вони використовували світло лазера для того, щоб відкалібрувати систему на точне місце розташування електронної дірки і записати в неї необхідну квантову інформацію. Для проведення обчислювальних і логічних операцій над записаною інформацією використовувався промінь світла ще одного лазера з відмінними від першого параметрами. І зчитування результату обробки вироблялося за допомогою світла ще одного лазера, фотони якого порушували електронну дірку і вона починала випромінювати власні фотони.

Іншими словами, вченим вдалося домогтися стійкої передачі квантової інформації від стаціонарних кубітів (електронних дірок) до летять кубіти (фотони світла) і навпаки. Ця нова технологія, в якій використані деякі нові типи взаємодій матерії зі світлом, дозволяє форматувати кубіти швидше, ніж інші подібні методи. Для передачі даних від стаціонарного летящему кубітів і навпаки потрібен час, що не перевищує сотні пікосекунд, мільярдних часток секунди.

І на завершення слід зазначити, що до того моменту, поки на основі кубітів з електронних дірок зможуть бути створені квантові комунікаційні пристрої або обчислювальні системи, вченим належить виконати ще масу роботи. І найскладнішим завданням, над якою вже почала роботу група професора Франкер, є реалізація прямих взаємодій між окремими кубітами, що дозволить такій системі виконувати досить складні алгоритми квантової обробки інформації.