Ученые из Школы молекулярной инженерии Притцкера Чикагского университета нашли способ создания квантовых состояний в обычной бытовой электронике. Используя свойства квантовой механики без экзотических материалов или оборудования, это повышает вероятность того, что квантовые информационные технологии могут быть созданы с использованием современных устройств.
В течение десятилетий компьютерная индустрия извлекала выгоду из закона Мура, который является практическим правилом, согласно которому число транзисторов в интегральной схеме будет удваиваться примерно каждые два года. Поскольку это сохраняется, компьютеры превратились из гигантских машин, которые были частью зданий, в которых они размещались, в крошечные устройства, которые могут поместиться на миниатюре, но могут превзойти любой суперкомпьютер предыдущих поколений.
Это принесло нам смартфон, интернет и целый ряд приложений, которые изменили нашу жизнь в том, что можно назвать революцией, но теперь закон Мура начинает разрушаться. Поскольку миниатюрная электроника приближается к своим физическим пределам, становится все труднее и дороже производить более совершенные чипы.
Это проблема, которую средний потребитель не заметит, по крайней мере, в течение десятилетия, но на переднем крае компьютерных технологий это уже дает о себе знать. Поэтому ученые и инженеры ищут способы обойти закон Мура.
Одна из наиболее многообещающих областей — это квантовые вычисления, в которых используется традиционная архитектура двоичного кода 1/0, на которую опирались компьютеры с момента создания первых цифровых компьютеров, в пользу использования своеобразных, противоречивых свойств квантовых состояний, которые позволяют информации храниться с использованием квантовых битов или кубитов, которые могут быть 0, 1 или суперпозицией обоих.
Проблема заключается в том, что современная технология квантовых вычислений опирается на экзотические материалы, такие как сверхпроводящие металлы, левитированные атомы или алмазы. Стандартная электроника считается слишком грубой, чтобы поддерживать тонкие квантовые состояния. Но чикагская команда под руководством Дэвида Авшалома, профессора семьи Лью в области молекулярной инженерии в UChicago и пионера в области квантовых технологий, обнаружила, что с помощью карбида кремния можно электрически управлять квантовыми состояниями.
В качестве дополнительного бонуса команда обнаружила, что квантовые состояния карбида кремния излучают одиночные фотоны света в длине волны вблизи телекоммуникационного диапазона. Это означает, что они могут не только использоваться в волоконно-оптических сетях, но и сочетаться с существующей электроникой для создания новых устройств. Команда смогла создать то, что Awschalom описывает как «квантовое FM-радио», которое способно передавать квантовую информацию на очень большие расстояния.
Команда также решила проблему, которая обычно поражает квантовую технологию – шум. Команда была удивлена, обнаружив, что использование диода эффективно высвобождает квантовый сигнал шума и делает его почти идеально стабильным.
«Эта работа приближает нас на один шаг к реализации систем, способных хранить и распространять квантовую информацию по волоконно-оптическим сетям мира», — говорит Awschalom. «Такие квантовые сети привели бы к появлению нового класса технологий, позволяющих создавать неконтролируемые каналы связи, телепортацию одиночных электронных состояний и реализацию квантового интернета.»
Исследование подробно описано в двух статьях, опубликованных в и , соответственно.