Кубіт нового типу, здатний переключатися з режиму зберігання інформації в режим швидких обчислень

Нагадаємо нашим читачам, що основним «стандартним» блоком квантового комп’ютера є квантовий біт, кубіт, здатний одночасно і зберігати і обробляти міститься в ньому квантову інформацію. Однак, в силу згубного впливу ряду факторів навколишнього середовища і маси інших причин кубіти можуть втрачати крихке стан суперпозиції — записану в них інформацію і здатність до виконання квантових логічних операцій. Рішенням цієї проблеми можуть стати кубіти нового типу, розроблені і перевірені вченими з університету Базеля (University of Basel) і Технічного університету Ейндховена (TU Eindhoven). А головною відмінністю нових кубітів від традиційних є можливість їх перемикання електричним способом з «повільного», але стабільного, режиму зберігання в режим проведення швидких обчислень.

З усього вищесказаного стає зрозумілим, що новий кубіт здатний працювати в двох режимах. Першим режимом є його «повільне» стан, що забезпечує кубіти більшу стабільність і ідеально підходить для тривалого зберігання інформації. Але якщо на кубіт подати електричний потенціал певної величини, він перейде у більш швидкий, але менш стабільний режим, в якому він здатний дуже швидко виконувати обробку інформації.

В основі кубітів нового типу лежить явище, яке ще жодного разу не використовувалося для таких цілей. Ядром кубіта є так звана обертається електронна дірка, яка формується шляхом видалення електрона з кристалічної решітки напівпровідникового матеріалу. При цьому, вийшла електронна дірка обертається в одному з двох можливих напрямків, але, як і будь-який квантовий об’єкт, також може знаходитися в стані суперпозиції. Напрямок обертання електронної дірки може бути задано за допомогою фотонів світла з частотою, яка дорівнює або кратної резонансній частоті самої дірки.

За допомогою швидкодіючого електронного ключа дослідники зуміли реалізувати технологію швидкодіючого управління новими «обертаються» кубитами. «Спіном кубіта можна управляти одним клацанням перемикача, при цьому, весь процес перемикання займає менше однієї наносекунди. Для такого ж перемикання без додаткової» електричної стимуляції «кубіти потрібно від 7 до 59 наносекунд» — пишуть дослідники, — «Це дозволить виробляти більше одного мільярда перемикань в секунду, що вже наближається до тактовим частотам сучасних процесорів. Однак, тут ми говоримо не про виконання квантових обчислень, а про завдання конфігурації кубітів квантового комп’ютера і записи в них початкових даних. а самі обчислення будуть проводитися набагато швидше за допомогою попередньо сконфігурованих кубітів «.

Конструктивно нові кубіти виготовлені з кремнієвих і германієвих нанопроводников, показаних на знімку сірим і зеленим кольором. Електричне управління станом кубіта проводиться за допомогою золотих нанопроводников, що мають на знімку відповідний колір. Діаметри будь-яких нанопроводников нового кубіта не перевищують 20 нанометрів, а дуже малі розміри кубіта дозволять в майбутньому розмістити мільйони або навіть мільярди таких пристроїв на кристалі одного чіпа. Джерело