Квантовый компьютер внутри алмаза

Группа исследователей, включающая научных работников из USC, сумела реализовать квантовый компьютер в кристалле алмаза – первое в своем роде устройство, способное противостоять явлению декогеренции. Декогеренция является значительным препятствием для нормального функционирования любого квантового компьютера.
Проводимые эксперименты показывают высокую жизнеспособность квантовых компьютеров, реализованных в твердом теле, по сравнению с системами на основе газа или жидкости. Основное преимущество твердотельных квантовых компьютеров – возможность их интеграции в более крупные модели.

На сегодняшний день квантовые компьютеры имеют очень маленькие размеры; они еще не могут составить конкуренцию крупным, традиционным компьютерам по скорости выполнения операций.

Международная команда исследователей, работающая над созданием квантового компьютера в кристалле алмаза, состоит из профессора USC Даниэля Лидэра и научного сотрудника USC Жихуи Вана, а также исследователей из Дельфтского Технологического университета, университетов из штатов Айова и Калифорния.

Созданная система на основе алмаза имеет два квантовых бита (которые принято называть “кубитами”). В противоположность традиционным компьютерным битам, которые могут закодировать или единицу, или нуль, кубит может закодировать единицу и нуль в одно и то же время (т.е. оба состояния являются независимыми). Эта особенность, названная квантовой суперпозицией (квантовая суперпозиция невозможна с классической точки зрения), наряду со способностью квантовых состояний туннелировать через энергетические барьеры, однажды позволит квантовым компьютерам выполнять оптимизационные вычисления намного быстрее, чем сейчас это делают традиционные компьютеры.

Используемый исследователями кристалл алмаза содержит примеси. Чем больше примесей в алмазе, тем он менее привлекателен с ювелирной точки зрения, но оказывается удобным материалом для реализации подобных систем.
Ядро атома азота послужило созданию первого кубита, электрон – второго кубита.

В качестве кубита использовался спин каждой из этих субатомных частиц. Как известно, электроны во много раз меньше, чем ядра и поэтому позволяют выполнять вычисления намного быстрее, но их главным недостатком является подверженность декогеренции. Кубит, основанный на ядре, более устойчив к декогеренции, но значительно медленнее выполняет вычисления.

Разработчики уверены, что в скором времени им удастся реализовать более мощный квантовый компьютер.