Японские учёные создали способ производства алмазов с исключительной чистотой. Намерение — использовать их в квантовых компьютерах из-за уникальных свойств. Такие алмазы способны хранить информацию, эквивалентную миллиарду дисков Blu-ray на диске диаметром 5 сантиметров.
«Новый диаметр алмазной пластины равен двум дюймам, или примерно пятидесяти пять миллиметрам. Это существенно больше существующих сейчас кристаллов размером четыре на четыре миллиметра. — сообщается в заявлении компании Namiki Precision Jewel Co, создавшей новый материал при участии Университета Сага. Данные алмазные фрагменты могут применяться в качестве хранилищ информации для квантовых компьютеров.
Квантовые вычисления основаны на законах квантовой физики, которая изучает поведение материи и света на атомном уровне. Наблюдения в микроскопическом масштабе показали ученым, что материя ведёт себя не так, как предсказывает классическая физика. Изучение этих особенностей позволило обнаружить новые физические принципы, которые исследуются до сих пор. Одним из применений квантовой физики является создание квантовых компьютеров.
Классический компьютер основан на битах, являющихся основной единицей информации. Бит может находиться в состоянии 0 или 1, и именно на этих 0 и 1 основаны все более сложные коды в компьютерах, составляющие программы. В квантовом компьютере используются кубиты, которые могут быть как 0, так и 1, в суперпозиции состояний.
На самом деле «кубиты» — это атомы, упорядоченные таким образом, чтобы взаимодействовать и переходить в квантовые состояния, необходимые для работы компьютера. Используются разные типы атомов и системы: например, «магнитные ловушки» для положительных ионов. Алмаз тоже рассматривается как перспективная система хранения кубитов — исследования ведутся уже несколько лет.
В структуре кристаллов существует особый дефект, называемый «азотно-лаковым центром» или NV, который можно использовать для сохранения информации в виде квантовых битов. NV-центр, образованный атомом азота и пустотой в структуре алмаза, генерирует слабые магнитные поля и действует как квантовая память на атомном масштабе. Исследователи объясняют: эта система сталкивается с трудностями. Атом азота обеспечивает работу системы, но его избыток нарушает возможности квантовой памяти алмаза. Идеально нам нужно создать чистый, но достаточно большой алмаз для хранения информации. Это нелегкая задача.
Обычно искусственные алмазы создаются путем выращивания кристаллов на плоской поверхности — подложке. Однако большие кристаллы могут треснуть под давлением. Поэтому исследователи применили новый метод: вместо плоской поверхности используется поверхность в форме лестницы для распределения напряжения и предотвращения растрескивания.
Учёным удалось создать алмаз размером чуть более пяти сантиметров с очень высокой степенью чистоты. Назвали его Kenzan Diamond. По объему памяти он может хранить эквивалент миллиарда дисков Blu-ray. Для сравнения, однослойный диск Blu-ray вмещает 25 Гб данных. Таким образом, емкость хранилища алмаза составит 25 экзабайт, что, по словам компании, «эквивалентно всем мобильным данным, распространенным в мире за один день».
В продаже новый материал может появиться в 2023 году, а сейчас учёные занимаются увеличением его размеров в два раза — до десяти сантиметров. 10 мая 2022 года на Международной конференции по технологии производства сложных полупроводников результаты будут представлены.