Создан самый чистый в мире кремний — это прямой путь к масштабируемым квантовым компьютерам. Инновационный материал позволяет создавать высокопроизводительные кубитные устройства — основополагающий компонент, необходимый для создания масштабируемых квантовых компьютеров.
Саму мысль о возможности квантовых вычислений в 1980 г. высказали физики Юрий Манин и Пол Бениофф. В 1981 Ричард Фейнман предложил одну из первых моделей квантового устройства, а первый компьютер появился в 1998 г. и содержал два кубита.
В основе вычислительных операций в классических компьютерах лежит система битов – чередования нулей и единиц. В квантовых же компьютерах задействованы кубиты – те же нули и единицы, но существующие одновременно за счет явления суперпозиции. И только в момент измерений состояние кубита с некоторой вероятностью приходит к одному из двух значений – 0 или 1.
Квантовая физика и по сей день не даёт покоя мировым учёным. Специалисты Манчестерского и Мельбурнского университетов провели эксперимент по “очистке” кремния на базе метода, разработанного Эрнестом Резерфордом, основателем ядерной физики. Исследование опубликовано в журнале Communications Materials — Nature.
Кремний выступает в роли «кирпичика», необходимого для построения квантового компьютера. Одна из самых больших проблем заключается в том, что кубиты очень чувствительны и требуют стабильной среды для хранения содержащейся в них информации. Даже незначительные изменения в окружающей среде, включая колебания температуры, могут привести к компьютерным ошибкам.
Другой проблемой является их масштаб, как физический размер, так и вычислительная мощность. Десять кубитов имеют ту же вычислительную мощность, что и 1 024 бита в обычном компьютере, и потенциально могут занимать гораздо меньший объем. Ученые считают, что полноценно работающему квантовому компьютеру требуется около 1 млн кубитов, что обеспечивает возможности, недоступные ни одному существующему компьютеру. И, возможно, вскоре большие телекоммуникационные шкафы с множеством серверов, которые сейчас присутствуют практически на каждом предприятии, будут заменены компактными аппаратами небольших размеров.
Благодаря своим полупроводниковым свойствам кремний является основным материалом для вычислительной техники, и исследователи считают, что он может стать ключом к развитию квантовых компьютеров. Природный кремний состоит из трех атомов разной массы (называемых изотопами) — кремния 28, 29 и 30. Однако Si-29, составляющий около 5% кремния, вызывает эффект «ядерного триггера», заставляющий кубит терять информацию.
В Манчестерском университете ученые придумали способ создания кремния для удаления атомов кремния 29 и 30, что делает его идеальным материалом для создания квантовых компьютеров в больших масштабах и с высокой точностью. Результат, самый чистый кремний в мире, открывает путь к созданию 1 млн кубитов, которые могут быть размером с булавочную головку.
Результаты исследования — это большой научный прогресс, они могут иметь значительное влияние на будущее квантовых вычислений. Рави Ачарья, ученый, который проводил экспериментальную работу в рамках проекта, объяснил: «Возможность создания высококачественных кремниевых кубитов до сих пор была частично ограничена чистотой используемого кремниевого исходного материала. Та частота, которую мы здесь демонстрируем, решает эту проблему».
Эта новая форма кремния может помочь в развитии масштабируемых квантовых компьютеров, способных обрабатывать данные в гораздо больших масштабах. Квантовые вычисления отличаются от классических вычислений и могут решать задачи, которые сейчас недоступны для обычных компьютеров.
В то время как классические компьютеры выполняют одно вычисление за другим, квантовые компьютеры могут выполнять все вычисления одновременно, что позволяет им обрабатывать огромные объемы информации и выполнять очень сложные вычисления с непревзойденной скоростью.
Несмотря на то, что квантовые компьютеры все еще находятся на ранних стадиях развития квантовых вычислений, после их полной разработки они будут использоваться для решения реальных сложных задач, таких как разработка лекарств, и предоставления более точных прогнозов погоды — расчеты, слишком сложные для современных суперкомпьютеров.
Источник: https: //dzen.ru/a/ZjuZeZ50uRIjygMY
