Квантовый компьютер, или Вода камень точит

Наука неумолимо приближается (может быть, по асимптоте) к созданию квантового компьютера. Вот проф. Вейминь Чень (Weimin Chen) с коллегами из Linköping University в сотрудничестве с исследователями из Германии и США достигли успеха в инициализации и считывании спинов ядер, могущих выполнять функции кубитов, при комнатной температуре.

Преимущество использования спинов ядер в качестве кубитов заключается в том, что ядра хорошо защищены и почти нечувствительны к нежелательным электромагнитным возмущениям, что является условием для сохранения данных на чувствительных кубитах.

Первый шаг в построении квантового компьютера – это присвоение каждому кубиту хорошо определенного значения 0 или 1. Инициализация подразумевает, что все спины атомных ядер устанавливаются в одном направлении – либо «вверх», либо «вниз». Наиболее распространенный метод для поляризации ядер называется динамическая поляризация ядер. Это значит, что спины электронов воздействуют на спины ядер, располагая их в одном направлении. Метод требует сильной поляризации спинов электронов и отлично работает при низких температурах. Однако динамическая поляризация ядер с помощью электронов проводимости еще не была продемонстрирована при комнатной температуре, что является существенным для построения практичного кантового компьютера. Группа ученых теперь нашла способ решения этой проблемы.

Еще в 2009 г. проф. Чень и его группа представили спиновый фильтр, который работал при комнатной температуре. Фильтр пропускал электроны с желаемым направлением спина и отсеивал другие.

С помощью спинового фильтра группа достигла успеха в создании потока свободных электронов с заданным спином в материале, в данном случае – GaNAs. Поляризация спинов является настолько сильной, что она приводит к сильной поляризации спинов ядер в атомах галлия, которые добавляются в качестве примеси. И все это происходит при комнатной температуре. Таким образом, впервые продемонстрирована сильная поляризация спинов ядер на атомах примеси в твердом теле при комнатной температуре, достигнутая с помощью поляризованных электронов проводимости. Это делает возможным управлять поляризацией ядер с помощью электричества.