211service.com
Kvantinis šuolis
Tarptautinė tyrėjų komanda įrodė, kad ji gali valdyti vieno elektrono kvantinę būseną silicio tranzistoryje, net įdėjus elektroną į dvi vietas vienu metu. Jų atradimas galėtų padėti nutiesti kelią į praktinį kvantinį kompiuterį.
Tvoros prižiūrėtoja: Kompiuterinis modelis rodo arseno atomą su elektronu, kuris tuo pačiu metu yra dviejose skirtingose kvantinėse būsenose. Tarptautinė tyrėjų komanda eksperimentiškai patvirtino modelio prognozes.
Kvantiniai kompiuteriai naudojasi keistomis subatominių dalelių savybėmis, kad atliktų tam tikrus skaičiavimus daug greičiau, nei gali atlikti klasikiniai kompiuteriai. Tyrėjai tiria daugybę skirtingų kvantinio skaičiavimo metodų, o kai kurie netgi sukūrė primityvias kvantines grandines, kurios gali atlikti skaičiavimus. Tačiau norint atlikti praktinį kvantinį skaičiavimą, reikia turėti galimybę gaminti įrenginius su milijonais kvantinių grandinių, o ne 12 ar 16 dabar pasiekiamų, kuriuos būtų galima integruoti su įprastesne elektronika.
Vienas teorinis požiūris į praktinę kvantinę elektroniką yra naudoti įprastą elektroniką – mažyčius puslaidininkinius tranzistorius – kvantinės sistemos būklei valdyti. Tyrėjai, vadovaujami Svenas Rogge'as Delfto technologijos universiteto Nyderlanduose mokslininkas atliko pirmuosius praktinius eksperimentus, kad patikrintų teorines šio metodo prognozes. Komanda, kurioje taip pat buvo mokslininkai iš Purdue universitetas ; į Melburno universitetas , Australijoje; ir IMEC , Belgijoje – nustatyta, kad jis gali valdyti vieno elektrono kvantinę būseną tiesiog pakeisdamas tranzistoriaus įtampą. Tai puikus žingsnis link būsimų įrenginių, kurių veikimą lemia manipuliavimas pavienių atomų kvantinėmis būsenomis, sako Thomas Schenkel, Lawrence'o Berkeley nacionalinė laboratorija .
Tyrėjai naudojo surenkamus tranzistorius, sukurtus nanotechnologijų tyrimams, kurių kiekvienas buvo sudarytas iš dviejų sukryžiuotų silicio nanolaidų. Vienas iš nanolaidelių – apatinis – buvo prijungtas prie elektrodų, kuriuose buvo arseno. Kai tas laidas buvo įkrautas, jis kartais įtraukdavo arseno atomus į tranzistorių. Pritaikius įtampą maždaug 100 tranzistorių, komanda rado šešis, kuriuose, atrodo, buvo atskiri arseno atomai, įterpti į nanolaidą. Tada jie nustatė, kad keičiant įtampą viršutiniame laide būtų galima valdyti vieno iš atomo elektronų kvantinę būseną. Naudodami vaizdo gavimo techniką, vadinamą skenavimo tunelio spektroskopija, jie sugebėjo atskirti tris atomų būsenas visuose šešiuose įrenginiuose. Viena iš tų būsenų atitiko elektrono buvimą dviejose vietose tuo pačiu metu – tai savybė, būtina kvantiniam skaičiavimui.
Tačiau norėdami suprasti vieno atomo elgesį, turite modeliuoti milijonus, sako Rogge. Taigi jis ir jo kolegos naudojo paruoštą programą, vadinamą NEMO 3D apibūdinti didelio masto sistemą, kurioje yra 1,4 milijono atomų. Jie nustatė, kad jų modelio sistemos matavimai gerai sutapo su spektroskopijos rezultatais. Labai šaunu pamatyti, kaip gerai jų modeliavimas gali apibūdinti atsitiktinai legiruotus tranzistorius, kurie visi skiriasi, sako Schenkel.
Pakeistos būsenos: Didėjant elektriniam laukui, kurį sukelia silicio nanoviela (pilka), arseno atomo elektronas pereina iš pagrindinės būsenos (kairėje) į sužadinimo būseną (dešinėje). Šio perėjimo metu elektronas patenka į hibridizuotą būseną (vidurinę), kurioje jis yra abiejose kitose būsenose vienu metu. Teoriškai toks elektronas galėtų tarnauti kaip kubitas kvantiniame kompiuteryje.
Priklausomai nuo viršutinio nanolaidelio sukuriamo elektrinio lauko stiprumo, elektroną galima rasti vienoje iš trijų būsenų. Esant žemiems elektriniams laukams, elektronas liko surištas su arseno atomu. Esant dideliems elektriniams laukams, elektronas buvo atitrauktas nuo atomo. Bet kai elektrinis laukas buvo tik reikiamo lygio, elektronas būtų abiejose vietose vienu metu.
Kad kvantinis kompiuteris veiktų, jo kubitai – klasikinio kompiuterio bitų kvantinis atitikmuo – turi būti supainioti: jų kvantinės būsenos turi būti susietos viena su kita. Atitraukti elektroną nuo jo atomo gali būti įdomus būdas susieti gretimus kubitus, sako Schenkel.
Nors šis rezultatas yra svarbus, tikrasis iššūkis kuriant būsimus viengubo priedo įrenginius yra išsiaiškinti, kaip reikiamu tikslumu [arseno atomus] išdėstyti silicio pagrinde. Bruce'as Kane'as , Merilendo universiteto mokslininkas. Tyrėjai atsitiktinai rado savo šešis prietaisus; Kad būtų sukurtos darbo grandinės, jie turėtų patikimiau išdėstyti arseno ar kitos medžiagos atomus tranzistoriuose.
Nors mokslininkai galiausiai tikisi, kad pavyks kontroliuoti tranzistoriaus atomų padėtį, kitas mūsų žingsnis yra pridėti antrą elektroną ir pamatyti, kas atsitiks su elektronų būsenos konfigūracija, sako Gabri Lansbergen, kitas Delfto tyrinėtojas. Tolimoje ateityje, priduria Rogge, norėtume eksperimentuoti su keliomis [medžiagomis] ir pamatyti, kaip jos sąveikauja.