Kwantowy postęp

Naukowcy ponownie przybliżyli nas do dnia, w którym powstaną kwantowe komputery. Sven Rogge i jego zespół z Delft University, wraz z kolegami z tak znanych instytucji jak Purdue University, University of Melbourne i belgijski IMEC, pokazali, że można kontrolować stan kwantowy pojedynczego elektronu. I to za pomocą obecnie dostępnych narzędzi.

Uczeni wykorzystali tranzystory, używane do badań nad nanotechnologiami. Każdy z tranzystorów składał się z dwóch skrzyżowanych krzemowych nanowłókien. Jedno z nanowłókien, to leżące pod spodem drugiego, było podłączone do elektrod zawierających arsen. Czasami, po przyłożeniu napięcia, do tranzystora przedostawał się atom arsenu. Gdy naukowcy włączyli napięcie w 100 tranzystorach, okazało się, że w sześciu z nich pojawiły się atomy arsenu. Dalsze badania wykazały, że dzięki zmianom napięcia można kontrolować stan kwantowy jednego z elektronów w atomie. Dzięki skaningowej spektroskopii tunelowej udało się zidentyfikować w sześciu tranzystorach trzy różne stany elektronów. Jeden z nich odpowiadał stanowi, w którym elektron znajdował się jednocześnie w dwóch miejscach - a właśnie taki stan jest potrzebny do przeprowadzania obliczeń kwantowych.

Naukowcy wiedzieli jednak, że by zrozumieć zachowanie pojedynczego atomu, muszą przeprowadzić badania na dużej grupie. Wykorzystali komercyjnie dostępne oprogramowanie NEMO 3D do opisania dużego systemu składającego się z 1,4 miliona atomów. Okazało się, że wyniki pomiarów za pomocą oprogramowania zgadzają się z wynikami obserwacji za pomocą spektroskopu. To bardzo dobra wiadomość, gdyż pokazuje, że komputerowa symulacja jest przeprowadzana prawidłowo.

Stan elektronu można kontrolować za pomocą siły pola magnetycznego krzemowego nanowółkna znajdującego się na wierzchu. Przy słabym polu magnetycznym elektron pozostaje przy atomie arsenu. Przy silnym, oddala się od niego. Odpowiednio dobrane pole magnetyczne powoduje zaś, że elektron znajduje się w obu miejscach jednocześnie.

Warto pamiętać, że do działania komputera kwantowego konieczne jest, by qubity (kwantowe bity) były ze sobą splątane. Oddalenie elektronu od atomu może być dobrą metodą na splątanie qubitów.

Naukowcy zauważają, że muszą się jeszcze nauczyć w jaki sposób umieszczać atomy arsenu w krzemowych nanowłóknach. Obecnie potrafią umieścić je przez przypadek, stąd wynik 6 atomów w 100 wykorzystanych tranzystorach. Akademicy chcą też sprawdzić, co się stanie, jeśli w tym samym nanowłóknie znajdą się 2 atomy.

komputer kwantowy elektron arsen