Технологія CRISPR дозволила вченим створити двоядерні комп’ютери усередині людських клітин
30 Квітня , 2019
Lockheed Martin і Rolls-Royce створять перший 100-кіловатний бойовий лазер
18 Травня , 2019

Графен і плазмони – основа нової архітектури квантових комп’ютерів

Графен, матеріал, що складається з єдиного шару атомів вуглецю, може стати основою для майбутніх оптичних квантових комп’ютерів завдяки роботі дослідників з Віденського університету та Інституту фотоніки, Барселона. Ці дослідники продемонстрували, що графенові структури, “скроєні” особливим чином, дозволяють одиничним фотонам ефективно взаємодіяти один з одним. І на основі цього ефекту була розроблена нова архітектура для оптичного квантового комп’ютера, опис якої опубліковано в розділі “Quantum Information” онлайн-варіанту журналу “Nature”.
Відомо, що фотони досить добре взаємодіють з будь-якими іншими матеріалами, однак, вони практично не взаємодіють один з одним, навіть проходячи одночасно через одну і ту ж ділянку простору. Це, з одного боку, робить фотони ідеальним носієм для зберігання і перенесення квантової інформації. З іншого боку, для створення фотонного квантового комп’ютера потрібно, щоб була можливість зміни стану одного фотона на основі інформації, закодованої в іншому фотоні.
Такий пристрій, у надрах якого відбувається взаємодія фотонів, називають квантовим логічним елементом, і для створення універсального квантового комп’ютера можуть знадобитися мільйони таких елементів. Одним із способів реалізації взаємодії між фотонами є використання так званих нелінійних матеріалів, матеріалів, що мають нелінійні оптичні властивості. На жаль, всі нелінійні матеріали природного походження не володіють ефективністю, необхідною для створення квантових логічних елементів.
Для реалізації взаємодії між фотонами вчені з Віденського університету запропонували використовувати плазмони, штучно створювані на поверхні графену. Нагадаємо, що графен, який складається з єдиного шару атомів вуглецю, є одним з перших умовно двовимірних матеріалів. Він був відкритий трохи більше десятиліття тому, і, починаючи з того моменту, вчені постійно винаходять якісь дивні й екзотичні речі, пов’язані з цим матеріалом. В даному випадку використовується досить незвичайна електронна конфігурація графена, яка обумовлює можливість створення на його поверхні плазмонів, які “живуть” досить тривалий час.

Плазмони, про які згадувалося вище, вже використовуються для створення нелінійних взаємодій між фотонами світла. З фізичної точки зору плазмони є хмарами вільних електронів, розворушених фотонами світла, що попало на поверхню металу, іншими словами, вони є “симбіозом” матерії і світла. Однак, плазмони, що виникають на поверхні металів природного походження, срібла і золота, наприклад, розпадаються настільки швидко, що це не дозволяє створити необхідні квантові ефекти за їх участі.
У своїх експериментах учені показали, що на поверхні графенової нанострічки можна створити плазмон, що відрізняється особливою стабільністю. А два таких плазмона, розміщені в безпосередній близькості, починають ефективно взаємодіяти за допомогою власних електричних полів. І якщо кілька плазмонів розташувати в необхідному порядку, то можна створити квантовий логічний елемент, що виконує одну з функцій, необхідних для квантових обчислень.

“Ми показали, що сильні нелінійні взаємодії в графені позбавляють плазмони можливості перестрибнути з однієї нанострічки на іншу, що дозволяє зберегти стабільність їх взаємного розташування” – пишуть дослідники.

Запропонована вченими схема, що лежить в основі нової архітектури квантових комп’ютерів, використовує відразу кілька унікальних властивостей графену, завдяки чому квантові логічні елементи володіють малими розмірами, здатністю працювати при кімнатній температурі і рядом інших позитивних властивостей. А група з Віденського університету займається зараз експериментальними дослідженнями, проведеними на дослідній квантової системі, метою яких є розробка технології виготовлення квантових логічних елементів за допомогою існуючих технологічних процесів, що використовуються для виробництва напівпровідникових чіпів.

Джерело

LEU
LEU
Головний редактор сайту uaengineer.com.ua

Залишити відповідь

Увійти за допомогою: