211service.com
Kvantu lēciens
Starptautiska pētnieku komanda ir pierādījusi, ka tā var kontrolēt viena elektrona kvantu stāvokli silīcija tranzistorā, pat ievietojot elektronu divās vietās vienlaikus. Viņu atklājums varētu palīdzēt bruģēt ceļu uz praktisku kvantu datoru.
Žoga aukle: Datormodelis parāda arsēna atomu ar elektronu, kas vienlaikus atrodas divos atšķirīgos kvantu stāvokļos. Starptautiska pētnieku komanda eksperimentāli apstiprināja modeļa prognozes.
Kvantu datori izmanto subatomisko daļiņu dīvainās īpašības, lai veiktu noteikta veida aprēķinus daudz ātrāk, nekā to spēj klasiskie datori. Pētnieki pēta daudzas dažādas pieejas kvantu skaitļošanai, un daži pat ir izveidojuši primitīvas kvantu shēmas, kas var veikt aprēķinus. Taču praktiskajai kvantu skaitļošanai būtu nepieciešama iespēja ražot ierīces ar miljoniem kvantu shēmu, nevis 12 vai 16, kas tagad ir sasniedzamas, un kuras var integrēt ar tradicionālāku elektroniku.
Viena no teorētiskajām pieejām praktiskajai kvantu elektronikai ir izmantot parasto elektroniku — sīkus pusvadītāju tranzistorus —, lai kontrolētu kvantu sistēmas stāvokli. Pētnieki, kuru vadīja Svens Roge , pētnieks Delftas Tehnoloģiju universitātē Nīderlandē, veica pirmos praktiskos eksperimentus, lai pārbaudītu pieejas teorētiskās prognozes. Komanda, kurā bija arī pētnieki no Purdjū universitāte ; uz Melburnas Universitāte , Austrālijā; un IMEC , Beļģijā – atklāja, ka tas var kontrolēt viena elektrona kvantu stāvokli, vienkārši mainot tranzistoram pievadīto spriegumu. Tas ir jauks solis ceļā uz nākotnes ierīcēm, kuru veiktspēju nosaka manipulācijas ar atsevišķu atomu kvantu stāvokļiem, saka Tomass Šenkels, zinātnieks Lorensa Bērklija Nacionālā laboratorija .
Pētnieki izmantoja saliekamus tranzistorus, kas tika izgatavoti nanotehnoloģiju izpētei, un katrs no tiem sastāvēja no diviem krustotiem silīcija nanovadiem. Viens no nanovadiem - apakšējais - bija savienots ar elektrodiem, kas satur arsēnu. Kad šis vads tika uzlādēts, tas dažreiz ievilka arsēna atomus tranzistorā. Pēc sprieguma pielikšanas aptuveni 100 tranzistoriem komanda atklāja sešus, kuriem nanovadā, šķiet, bija iestrādāti atsevišķi arsēna atomi. Pēc tam viņi atklāja, ka, mainot spriegumu augšējā stieplē, tiktu kontrolēts viena atoma elektrona kvantu stāvoklis. Izmantojot attēlveidošanas paņēmienu, ko sauc par skenēšanas tunelēšanas spektroskopiju, viņi varēja atšķirt trīs atomu stāvokļus visās sešās ierīcēs. Viens no šiem stāvokļiem atbilda elektrona atrašanai divās vietās vienlaikus - īpašībai, kas nepieciešama kvantu skaitļošanai.
Bet, lai saprastu viena atoma uzvedību, jums ir jāmodelē miljoni, saka Roge. Tāpēc viņš un viņa kolēģi izmantoja gatavu programmu ar nosaukumu NEMO 3D lai raksturotu liela mēroga sistēmu, kas satur 1,4 miljonus atomu. Viņi atklāja, ka viņu modeļu sistēmas mērījumi labi saskan ar spektroskopijas rezultātiem. Ir patiešām forši redzēt, cik labi viņu simulācijas var aprakstīt nejauši leģētus tranzistorus, kas visi ir detalizēti atšķirīgi, saka Šenkels.
Mainītie stāvokļi: Palielinoties silīcija nanovada (pelēks) inducētajam elektriskajam laukam, elektrons arsēna atomā pārvietojas no pamatstāvokļa (pa kreisi) uz ierosināto stāvokli (pa labi). Šīs pārejas laikā elektrons nonāk hibridizētā stāvoklī (vidū), kurā tas atrodas abos citos stāvokļos vienlaikus. Teorētiski šāds elektrons varētu kalpot kā kubits kvantu datorā.
Atkarībā no augšējā nanovada radītā elektriskā lauka stipruma elektronu var atrast vienā no trim stāvokļiem. Pie zemiem elektriskiem laukiem elektrons palika saistīts ar arsēna atomu. Augstos elektriskajos laukos elektrons tika atrauts no atoma. Bet, ja elektriskais lauks bija pareizajā līmenī, elektrons atrastos abās vietās vienlaikus.
Lai kvantu dators darbotos, tā kubiti — klasiskā datora bitu kvantu ekvivalents — ir jāsavieno: to kvantu stāvokļi ir jāsavieno viens ar otru. Šenkels saka, ka elektrona noņemšana no atoma varētu būt interesants veids, kā savienot blakus esošos kubitus.
Lai gan šis rezultāts ir svarīgs, īsts izaicinājums nākotnes ierīču ar vienu piedevu izgatavošanā ir izdomāt, kā ar nepieciešamo precizitāti novietot [arsēna atomus] silīcija saimniekdatorā. Brūss Keins , Merilendas universitātes pētnieks. Pētnieki savas sešas ierīces atrada nejauši; Lai izveidotu darba ķēdes, tiem būtu jāspēj drošāk novietot arsēna vai kāda cita materiāla atomus tranzistoros.
Lai gan pētnieki galu galā cer, ka spēs kontrolēt atomu stāvokli tranzistorā, mūsu nākamais solis ir pievienot otru elektronu un redzēt, kas notiek ar elektronu stāvokļa konfigurāciju, saka Gabri Lansbergens, cits Delftas pētnieks. Roge piebilst, ka tālā nākotnē mēs vēlētos eksperimentēt ar vairākiem [materiāliem] un redzēt, kā tie mijiedarbojas.