Австралийские физики изготовили полноценный кубит из пластинки кремния и атома фосфора и впервые использовали его для записи и считывания информации, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

Квантовый компьютер – вычислительное устройство, использующее в своей работе квантовомеханические эффекты. Принципиальным отличием таких компьютеров от традиционных является использование квантовых систем с двумя возможными состояниями (так называемых квантовых битов, кубитов) вместо двоичной системы представления информации в виде 0 и 1.

Кубитом может быть спин электрона, принимающий состояния, условно называемые «верх» и «низ». Для своей работы компьютеры должны уметь менять состояние спина, то есть записывать информацию, и отслеживать это изменение, тем самым считывая обработанные данные.

Группа физиков под руководством Андреа Морелло (Andrea Morello) из университета Нового Южного Уэльса в Сиднее (Австралия) уже несколько лет пытается создать эффективные и дешевые кубиты на базе различных материалов.

Так, в 2010 году авторы статьи разработали устройство – «одноэлектронный транзистор», позволяющий считывать состояние кубита – атома фосфора, прикрепленного к кремниевой подложке. Этот прибор стал первым шагом на пути изготовления полностью кремниевого кубита.

В новом исследовании Морелло и его коллеги сделали кубиты на основе одноэлектронных транзисторов полноценными, научившись не только считывать информацию из кубита, но и записывать ее.

Ключевым компонентом нового устройства является набор микроэлектродов, генерирующий микроскопическое магнитное поле, пульсирующее с частотой в 30 гигагерц. Это поле взаимодействует с электронами в атоме кубита и меняет их спин, тем самым записывает новую информацию до начала очередного цикла операций.

По словам ученых,

такие кубиты способны функционировать без внешнего вмешательства в течение 200 микросекунд. Этого времени хватает на совершение около тысячи манипуляций, что достаточно для проведения несложных вычислений и опытов. Другим положительным качеством этих кубитов является их относительная дешевизна – их можно «печатать» при помощи современных технологий изготовления кремниевых микрочипов.

Морелло и его коллеги отмечают, что длительность работы таких кубитов можно многократно улучшить, снизив долю примесей в кремнии и усовершенствовав конструкцию электродов. В этом случае кубит сможет просуществовать в синхронизированном виде около секунды, чего хватит на совершение около миллиарда операций.

В своих следующих работах физики планируют создать **простейший вычислительный модуль на базе двух кубитов и проверить его в действии***. По их словам,

для этого нет никаких технологических или физических препятствий.

«Нам впервые удалось продемонстрировать способность представлять и манипулировать кубитом, управляя спином электронов в атоме. Это ключевой шаг на пути создания кремниевого квантового компьютера на основе единичных атомов-кубитов», – заключает один из участников исследования Эндрю Дзурак (Andrew Dzurak) из университета Нового Южного Уэльса.