Компьютеры – от домашних ПК до бизнес-серверов – являются центральной частью нашей повседневной жизни, и их мощность продолжает расти с поразительной скоростью. Однако перед классическими компьютерами на горизонте вырисовываются две большие проблемы. Первый – это фундаментальное ограничение на количество транзисторов, которые мы можем упаковать в один процессор.
В конце концов, потребуется совершенно новый подход, если мы продолжим увеличивать их вычислительную мощность. Во-вторых, даже самые мощные компьютеры борются с определенными важными проблемами, такими как криптографические алгоритмы, обеспечивающие безопасность номера вашей кредитной карты в Интернете, или оптимизация маршрутов доставки посылок.
Решением обеих проблем могут быть квантовые компьютеры, которые используют преимущества правил физики, которые управляют очень маленькими масштабами длины, как с атомами и электронами.
В квантовом режиме электроны действуют больше как волны, чем бильярдные шары, с положениями, которые «размазаны», а не определены. Кроме того, различные компоненты могут запутаться, так что свойства каждого из них не могут быть полностью описаны без ссылки на другие.
Эффективный квантовый компьютер должен поддерживать когерентность этих запутанных состояний достаточно долго, чтобы выполнять вычисления.
В текущем исследовании команда из Университета Цукуба и Хрвое Петек, кафедра физики и астрономии им. Р.К. Меллона в Университете Питтсбурга, использовали очень короткие лазерные импульсы для возбуждения электронов внутри кристалла кремния. «Использование существующего кремния для квантовых вычислений значительно упростит переход к квантовым компьютерам», – сказал первый автор Dr.
Йохей Ватанабэ объясняет. Энергичные электроны создавали когерентные колебания кремниевой структуры, так что движения электрона и атомов кремния запутывались.
Затем состояние системы проверялось через переменное время задержки с помощью второго лазерного импульса.
Основываясь на своей теоретической модели, ученые смогли объяснить колебания, наблюдаемые в генерируемом заряде, как функцию времени задержки. «Этот эксперимент выявляет лежащие в основе квантово-механические эффекты, управляющие когерентными колебаниями», – говорит старший автор проф. Мунеаки Хасэ, проводивший эксперименты. «Таким образом, проект представляет собой первый шаг к доступным потребительским квантовым компьютерам."