Создание квантовых компьютеров стало проще благодаря новой технике
Исследователи разработали новый метод построения квантовых компьютеров, создавая и "аннигилируя" кубиты по требованию, используя фемтосекундный лазер для легирования кремния водородом.
Этот прорыв может проложить путь к квантовым компьютерам, которые используют программируемые оптические кубиты или "спин-фотонные кубиты" для соединения квантовых узлов в удаленной сети.
В свою очередь, это позволит создать квантовый интернет, более безопасный и способный передавать больше данных, чем нынешние оптико-волоконные информационные технологии.
Исследовательская группа, возглавляемая Национальной лабораторией Лоуренса Беркли (Berkeley Lab), впервые использует эту методику, которая может позволить индустрии квантовых вычислений преодолеть трудности, связанные с изготовлением и контролем качества квантов.
Важность соединения кубитов в квантовых компьютерах
Квантовые компьютеры способны решать сложные проблемы в области здоровья человека, поиска лекарств и искусственного интеллекта в миллионы раз быстрее, чем некоторые из самых быстрых суперкомпьютеров в мире.
Сеть квантовых компьютеров могла бы продвигать эти открытия еще быстрее. Однако прежде чем это произойдет, компьютерной индустрии понадобится надежный способ соединить миллиарды кубитов - или квантовых битов - с атомной точностью.
Соединение кубитов является сложной задачей для исследовательского сообщества. Некоторые методы формируют кубиты, помещая всю кремниевую пластину в печь быстрого отжига при очень высоких температурах, в результате чего кубиты случайным образом образуются из дефектов кристаллической решетки кремния.
Не зная точного расположения кубитов в материале, квантовый компьютер со связанными кубитами будет трудно реализовать.
Прецизионное формирование кубитов с помощью лазеров
Новый метод использует газовую среду для формирования в кремнии программируемых дефектов, называемых "центрами цвета". Эти цветовые центры являются кандидатами на создание специальных телекоммуникационных кубитов или "спин-фотонных кубитов".
Метод также использует сверхбыстрый фемтосекундный лазер для отжига кремния с точной точностью в тех местах, где эти кубиты должны точно сформироваться.
Каушалия Джурия (Kaushalya Jhuria) - постдокторский ученый из Отдела ускорительных технологий и прикладной физики (ATAP) Лаборатории Беркли, первый автор исследования.
Она объясняет: "Чтобы создать масштабируемую квантовую архитектуру или сеть, нам нужны кубиты, которые могут надежно формироваться по требованию, в нужных местах, чтобы мы знали, где находится тот или иной кубит в материале. Вот почему наш подход имеет решающее значение".
Узнав, где находится конкретный кубит, ученые смогут определить, как соединить его с другими компонентами системы и создать квантовую сеть.
Центр Ci: Восходящая звезда квантовых компьютеров
В ходе своих экспериментов исследователи обнаружили квантовый излучатель, названный Ci центром. Благодаря своей простой структуре, стабильности при комнатной температуре и многообещающим спиновым свойствам центр Ci является интересным кандидатом в спин-фотонные квиты, излучающие фотоны в телекоммуникационном диапазоне.
"Мы знали из литературы, что Ci может быть сформирован в кремнии, но не ожидали, что с помощью нашего подхода удастся создать этот новый кандидат в спин-фотонные квиты", - говорит Джхурия.
Исследователи выяснили, что обработка кремния с низкой интенсивностью фемтосекундного лазера в присутствии водорода помогает создать центры цвета Ci.
Дальнейшие эксперименты показали, что увеличение интенсивности лазера может увеличить подвижность водорода, который пассивирует нежелательные центры цвета, не повреждая решетку кремния.
