Вперше в Росії створено працює кубіт - базовий елемент, необхідний для створення квантових комп'ютерів.
З тих пір як в 1980-му році відомим радянським математиком Ю.І. Маніним була висловлена ідея квантових обчислень, в цьому напрямку ведуться активні роботи, адже створення квантових комп'ютерів обіцяє істотний прогрес в обчислювальній техніці. За деякими оцінками обчислювальні можливості одного такого пристрою можуть перевершувати всі сучасні комп'ютери світу, разом узяті. Однак, незважаючи на створення ще в 2001 році першого прототипу, повноцінний квантовий комп'ютер досі не створено. Для цього потрібні як подальший розвиток квантової теорії в області багатьох частинок, так і роботи по створенню необхідної елементної бази.
Отриманий кубіт під електронним мікроскопом при збільшенні в 16 тисяч разів.
Устаткування Російського квантового центру, на якому отримано кубіт.
спектр кубіта
<
>
В першу чергу мова йде про створення базового елементу для зберігання інформації в такому комп'ютері - кубите. Ця назва походить від словосполучення «квантовий біт» (по-англійськи: quantum bit). У квантовому комп'ютері він грає ту ж роль, що і біт в звичайному комп'ютері. Однак біт може приймати (зберігати) тільки два значення, які зазвичай позначають 0 і 1. На відміну від біта кубіт допускає не тільки два власних стану, але і їх суперпозицію, суму в певних пропорціях. В результаті кількість станів кубіта нескінченно, що і визначає можливості квантового пристрої з обробки інформації. Комп'ютер з декількох тисяч кубітів може легко перевершити найпотужніші сучасні суперкомп'ютери в рішенні цілого ряду обчислювальних задач.
У ролі кубітів можуть виступати атоми або електрони, в цьому випадку дані кодуються їх спіном. Однак такі кубіти вкрай нестійкі до зовнішніх впливів, їх стан легко руйнується через зовнішні «шумів», процедура зчитування і запису інформації на них вкрай складна, як і пастки, які використовуються для їх зберігання.
Ще на початку 2000-х років вчені виявили, що можна створювати «штучні атоми», які ведуть себе відповідно до законів квантової фізики, але значно простіше у використанні. Одним з найбільш перспективних таких об'єктів визнаний джозефсонівських контакт, який являє собою два надпровідника, розділених тонким шаром ненадпровідний матеріалу, яким може бути діелектрик або провідник. Електрони струму, що породжується в надпровіднику, завдяки тунельному ефекту проходять через цей шар, навіть якщо він діелектричний, тобто струм не проводить. Цим струмом досить легко управляти магнітним полем. Кубіти, побудовані з декількох джозефсоновских контактів, поводяться як атоми. Вони можуть перебувати в основному і збудженому стані, випромінювати і поглинати фотони. Такі кубіти можуть бути створені за допомогою існуючих методів літографії, на яких засновано сучасне виробництво мікросхем.
Над створенням працездатних кубітів успішно працюють в цілому ряді провідних країн світу. У Росії це стратегічний напрямок науки традиційно було представлено слабо. Але зараз успіх прийшов і до росіян. Його вдалося досягти при об'єднанні зусиль відразу декількох провідних російських наукових організацій. Вчені Російського квантового центру, МФТІ (Лабораторія штучних квантових систем за участю Технологічного центру), МИСиС і ІФТТ РАН створили перші в Росії зразки працюють надпровідних кубітів. Роботи велися під керівництвом Олега Астаф'єва (з боку МФТІ), Олексія Устинова (з боку РКЦ) і Валерія Рязанова (з боку ІФТТ).
Створені росіянами кубіти складаються з чотирьох джозефсоновских контактів на «петлі» розміром в один мікрон. Контакти складаються з алюмінієвих смужок, розділених шаром діелектрика (оксиду алюмінію) товщиною близько 2 нанометрів. Вчені прозондували пристрій мікрохвильовим випромінюванням і визначили, що його властивості відповідають заданим параметрам.
Ця подія може розглядатися як прорив в області російських квантових технологій. Розвиток таких технологій і методів контролю одиничних квантових систем, відкриває перспективу створення принципово нових приладів і пристроїв на основі надпровідникових елементів. Самі вчені так прокоментували своє відкриття:
«Це важливий крок, необхідний для створення квантових обчислювальних пристроїв, які в майбутньому зроблять революцію в області обчислювальної техніки», - сказав генеральний директор РКЦ Руслан Юнусов.
«Ми створили інструмент, засіб для проведення подальших досліджень в області квантових обчислень. З його допомогою ми зможемо досягти наукових результатів, які поки не отримував ніхто в світі », - зазначив Олег Астаф'єв.
«Наша робота свідчить, що в Росії тепер є технології і команди вчених, які можуть включитися у світову гонку побудови квантових комп'ютерів», - додав Олексій Устинов.
за матеріалами Російського квантового центру і МФТІ