Ученые построили мост между квантовой вселенной и окружающим миром.

На страницах нашего сайта мы достаточно часто рассказываем о высокопроизводительных квантовых компьютерах, которые, рано или поздно, придут на смену нынешним вычислительным системам. Но те исследования и эксперименты в области квантовой механики, которые проводятся различными группами ученых, указывают на то, что квантовые процессоры будут очень восприимчивыми к вмешательствам извне, из окружающего классического мира. Такие вмешательства, будь это температура, свет, электрические или магнитные поля, будут вносить искажения в квантовую информацию, обрабатываемую и хранимую в квантовых битах, кубитах.

Узким местом квантовых вычислительных систем является точка соприкосновения, в которой происходит обмен информацией между элементами квантовой вселенной и реального окружающего мира. В большинстве случаев это выражается в том, что при любом считывании информации из квантового бита квантовая информация разрушается. Однако, группа ученых из Технологического института Карлсруэ (Karlsruhe Institute of Technology, KIT), возглавляемая профессором Марио Рубеном (Mario Ruben), разработала метод неразрушающего чтения квантовой информации, притом достаточно простой, использующий всего два электрода.

«В обычных условиях каждый контакт с внешним миром изменяет информацию, хранимую в квантовой системе самым непредсказуемым образом» — рассказывает профессор Рубен. — «Для того, что бы создать устойчивые квантовые системы, мы должны научиться ограждать квантовые биты от внешних воздействий, сохраняя их квантовое состояние стабильным. С другой стороны, хранимая квантовая информация должна быть без искажений записана и считана для дальнейшего ее использования».

Согласно заявлению ученых, решением этой проблемы могут стать сложные комплексы магнитных молекул, связывающие атом металла, обладающий явным магнитным моментом вращения, и располагающийся по центру молекулы. Естественно, атом металла выступает в роли квантового бита, а окружающая сложная молекула выполняет роль защиты от внешних воздействий и, одновременно, является устройством записи и считывания квантовой информации. «Синтезируя защитную оболочку, мы можем точно рассчитать, какое влияние на атом металла будет оказывать окружающий мир» — говорят ученые.

В исследованиях, проведенных учеными, был использован атом металла тербия (terbium), вокруг которого была возведена защитная оболочка из 100 атомов углерода, азота и водорода. Эта сложная молекулярная конструкция была помещена в промежуток между тремя золотыми электродами нанометрового размера. Благодаря электрическим и магнитным свойствам сложной молекулы, эти электроды работали как трехканальный транзистор, т.е. напряжение, приложенное к среднему электроду, влияло на электрический ток, текущий между двумя оставшимися электродами.

Подвергнув всю эту конструкцию воздействию импульса магнитного поля, ученые управляли направлением вращения центрального атома металла, его квантовым состоянием. «Измеряя текущий электрический ток, мы обнаружили, что благодаря наличию защитной оболочки вращение атома металла сохранялось неизменным в течение 20 секунд времени. Для квантово-механических процессов это очень и очень долгое время».

Следует отметить, что достигнутый показатель в 20 секунд уже намного превышает показатель времени хранения информации в той же динамической памяти DDR, которая сейчас используется в каждом компьютере и вычислительной системе. А этот факт позволяет надеяться, что квантовое будущее вычислительных систем находится не за такими уж далекими горами.