Физики из Боннского университета в Германии и Кембриджского университета в Англии сделали очередной шаг к созданию функционального квантового компьютера. Исследователи смогли создать гибридную систему, способную оперировать квантовыми точками (элементарными частицами для хранения информации), а также запоминать их состояние. Статья, посвященная исследованию, была опубликована в журнале Physical Review Letters.

Как пишет CNews, принцип функционирования гибридной системы напоминает организацию командной работы среди людей. Например, один человек умеет быстро генерировать идеи, но мгновенно их забывает. Другой человек, работающий вместе с ним, не обладает столь обширным воображением, но имеет хорошую память и способен запоминать идеи коллеги.

В разработанной физиками гибридной системе роль генератора идей исполняют квантовые точки. Они мгновенно обрабатывают данные и столь же стремительно теряют результат. По этой причине использование квантового компьютера для решения реальных задач не имеет смысла.

Однако ученые смогли найти решение. В их системе роль человека с хорошей памятью досталась электрически заряженным частицам - ионам. Ионы могут хранить информацию в течение многих минут, что для квантовой системы эквивалентно бесконечности.

Для изготовления квантовых точек применяются методы современной микроэлектронной промышленности. Достаточно лишь уменьшить размер структуры в чипе до такого уровня, чтобы в ней мог разместиться только один электрон (в современных чипах в таких структурах помещается от 10 до 100 электронов).

Состояние электрона в квантовой точке можно спрогнозировать благодаря квантовой теории. Однако подобные электроны имеют исключительно короткий срок жизни и распадаются в течение нескольких пикосекунд (за это время свет успевает пройти всего лишь 0,3 мм).

Распад электрона приводит к короткой вспышке света - возникает фотон. При этом направление поляризации фотона соответствует состоянию квантовой точки. Подключив к квантовой точке подобие оптоволокна, ученые смогли направить фотон в систему зеркал и заставили его прыгать между ними, словно теннисный мячик, до его абсорбирования ионом. Подсвечивая ионы лазером, исследователи смогли узнать поляризацию фотона, который был абсорбирован ионом, и, соответственно, узнать состояние квантовой точки.

"В этой работе создается квантовый интерфейс. Аналогией в классическом компьютере может служить шина, связывающая процессор и память. Это очень актуально, поэтому публикуется множество работ в этом направлении", - отметил руководитель группы квантовых коммуникаций Российского квантового центра Юрий Курочкин, слова которого приводит CNews.

Курочкин также заявил, что для создания квантового компьютера нужна качественная элементная база, и подобные работы каждый раз приближают ученых к цели. Однако перед ними стоит еще одна нерешенная задача, заключающаяся в объединении множества квантовых элементов, каждый из которых быстро распадается, в большую сложную систему, способную стабильно работать в течение разумного времени.