Швейцарские физики создали связанные квантовые точки, в которых сумели «запереть» отдельные электроны, и научились «настраивать» их свойства лазерным лучом. Все это было бы слишком отвлеченно, если б не являлось очередным шагом к созданию почти невероятных квантовых компьютеров.

Квантовые точки под сканирующим электронным микроскопом

В своих опытах группа ученых под руководством Этака Имамоглу (Atac Imamoglu) использовала арсенид галлия — известный полупроводник. Вырастив кристалл из этого материала, они нанесли на его поверхность пару тончайших слоев арсенидов индия и галлия, в которых и сформировались квантовые точки. Это, в общем-то, пузырьки, в которые можно внедрить элементы проводимости — электроны, причем пузырьки достаточно маленькие для того, чтобы в них электроны проявляли квантовые эффекты. Как говорит один из авторов исследования, «Эти точки — что-то вроде искусственных атомов, только крупнее, а две связанные точки — нечто наподобие молекулы».

Главная интрига состоит в том, что квантовые точки — один из главных кандидатов на роль несущих информацию единиц в крайне перспективных квантовых компьютерах. Если в обычном компьютере единицей информации служит бит, способный принимать значения 0 или 1, то в квантовом эту роль исполняет кубит, способный принимать значения 0, 1 или «неопределенное» (то есть, и 0 и 1 одновременно). Физический носитель здесь — электрон, спин которого может иметь одновременно обе ориентации. Кубиты обладают свойством взаимозависимости: операция над одним кубитом затронет одновременно целую группу кубитов. Теоретически это даст квантовым компьютерам беспрецедентную скорость вычислений, на порядки превосходящую возможности современных суперкомпьютеров.

Чтобы изучить созданную ими систему, швейцарские ученые использовали пары связанных квантовых точек, свойства которых взаимозависимы. Каждый электрон, запертый в такой квантовой точке, работает, как своего рода «квантовый магнит», обладающий определенными свойствами — в том числе, и собственным спином (упрощенно говоря, вращением в ту или иную сторону). С помощью лазерного луча меняя свойства одного электрона в одной из связанных квантовых точек, ученые показали, что они меняются и в другой. С высокой точностью они научились устанавливать нужный спин — то есть, записывать информацию, и считывать ее. Заметим, что технологически эта сложнейшая процедура пока еще далека от совершенства и тем более от использования в настольных системах наподобие современных ПК.

Большинство специалистов сходятся в том, что рабочий квантовый компьютер не удастся создать ранее 2030 г. Между тем, в прошлом году одна компания уже продемонстрировала рабочий прототип такого инструмента — правда, всего на 28 кубит: «Скоро ли революция?».

По публикации California Science & Technology News