Ученые повышают шансы реализации квантовых вычислений

Новые исследования продвинули мир на один шаг ближе к надежным высокопроизводительным квантовым вычислениям. Новаторское одноэлектронное «насосное» устройство, разработанное исследователями в Университете Аделаиды, может производить один миллиард электронов в секунду и использует квантовую механику для управления ими по одному.

Международная команда разработала инновационный одноэлектронный «насос». Электронное насосное устройство, разработанное исследователями, может производить один миллиард электронов в секунду и использует квантовую механику для управления ими по одному. И это настолько точно, что они смогли использовать это устройство для измерения ограничений существующего электронного оборудования.

Это открывает путь для будущих приложений для обработки квантовой информации, в том числе в области защиты, кибербезопасности и шифрования, а также для анализа больших данных.

«Это исследование приближает нас на один шаг к святому Граалю - надежным высокопроизводительным квантовым вычислениям», - говорит руководитель проекта д-р Джузеппе Теттаманзи (Giuseppe C. Tettamanzi), старший научный сотрудник Института фотоники и усовершенствованного зондирования Университета Аделаиды.

Исследователи также сообщают о наблюдениях за поведением электронов, которое никогда не было замечено раньше - ключевое открытие для тех, кто работает в мире квантовых вычислений.

«Квантовые вычисления, или шире, квантовая обработка информации, позволят нам решать проблемы, которые не могут быть решены в классических вычислительных системах, - говорит д-р Теттаманзи. - Квантовые вычисления работают в масштабе, близком к атомному, и в этом масштабе в игру вступает квантовая механика. Чтобы указать свою потенциальную вычислительную мощность, обычные вычисления работают с инструкциями и данными, записанными как последовательность из 1 и 0, - думайте об этом как о серии переключателей включения и выключения, а в квантовых вычислениях доступно любое возможное значение от 0 до 1. Затем мы можем экспоненциально увеличить количество вычислений, которые могут быть выполнены одновременно».

Команда Университета Аделаиды в сотрудничестве с Кембриджским университетом, Университетом Аалто в Финляндии, Университетом Нового Южного Уэльса и Латвийским университетом, работает в новой области, называемой электронной квантовой оптикой. Она включает в себя управляемую подготовку, манипулирование и измерение состояния одиночных электронов. Несмотря на то, что для понимания электронного квантового транспорта проводится значительная работа во всем мире, многое еще предстоит понять и достичь.

«Достижение полного контроля над электронами в этих наносистемах будет очень полезно для реализации масштабируемого квантового компьютера. Мы, конечно, контролировали электроны в течение последних 150 лет, с тех пор, как было обнаружено электричество. Но при этом небольшом масштабе старые правила физики могут быть выброшены», - говорит д-р Теттаманзи.

«Наша конечная цель - получить поток электронов, который является надежным, непрерывным и последовательным, - и в этом исследовании нам удалось сделать большой шаг к реалистичным квантовым вычислениям. И, может быть, в равной степени интересно, что мы обнаружили новые квантовые эффекты, которые никогда не наблюдались раньше, где на определенных частотах существует конкуренция между различными состояниями для захвата одних и тех же электронов. Это наблюдение поможет достижениям в этой переменчивой игре».