Согласно новому исследованию, вы можете вместить гораздо больше квантовой вычислительной мощности в заданное пространство, если используете четыре разных способа хранения данных на одном атоме. Этот метод открывает доступ к более мощным квантовым компьютерам, которыми легче управлять.
Там, где традиционные компьютеры могут обрабатывать и хранить информацию как 0 или 1, квантовые компьютеры могут делать то же самое плюс суперпозицию обоих одновременно. Это дает им экспоненциально большую мощность по мере добавления квантовых битов (кубитов), что позволяет им решать проблемы, которые слишком сложны для обычных машин.
Проблема в том, что манипулировать этими кубитами может быть сложно, особенно когда квантовые компьютеры начинают использовать их все больше и больше. Но теперь ученые из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Сиднее показали, как данные могут быть записаны в кубит (в данном случае в один атом) четырьмя разными способами, в зависимости от того, что необходимо каждый раз.
<р>Речь идет об атоме элемента под названием сурьма, который можно имплантировать в кремниевый чип, где он заменит один из атомов кремния. Этот тяжелый атом был выбран для этой работы, потому что его ядро уже содержит восемь отдельных квантовых состояний, которые можно использовать для кодирования квантовых данных. Кроме того, у него есть электрон, который сам имеет два квантовых состояния, что удваивает их общее количество в атоме сурьмы до 16 (каждое из исходных восьми, в свою очередь, спарено с каждым из двух электронов). Если вы собираетесь использовать другие материалы для создания квантового компьютера с 16 состояниями, вам понадобится четыре кубита, связанных вместе.
Но настоящий прорыв исследования заключался в том, как команде удалось манипулировать данными об атоме, используя четыре разных метода. Электроном можно было управлять с помощью колеблющегося магнитного поля. Метод магнитного резонанса, подобный тому, который используется в аппаратах МРТ, может управлять вращением ядра атома. Электрическое поле также можно использовать для управления ядром. И, наконец, технология под названием «кубиты-триггеры» позволила управлять ядром и электроном, противодействуя друг другу, с помощью электрического поля.
Команда говорит, что это исследование поможет сделать квантовые компьютеры становятся «плотнее», помещая больше кубитов в меньшее пространство.
«Мы инвестируем в технологию, которая сложнее и медленнее, но по очень веским причинам, одна из которых — чрезвычайная плотность информации, которая с ним можно справиться», — говорит профессор Андреа Морелло, ведущий автор исследования. «Это очень хорошо — иметь 25 миллионов атомов на квадратный миллиметр, но вы должны контролировать их один за другим. Наличие гибкости, позволяющей делать это с помощью магнитных полей, электрических полей или любой их комбинации, даст нам множество возможностей для экспериментов при масштабировании системы».
В дальнейшем команда планирует использовать эти атомы для кодирования логических кубитов, что в конечном итоге может проложить путь к более практичным квантовым компьютерам.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.
