Оригинал сообщения

В будущем «алфавит» обработки данных может включать в себя больше элементов, чем «0» и «1», сообщает «WordScience.org». Международная исследовательская группа достигла нового вида бита с одиночными электронами, называемых квантовыми битами, или кубитами. Благодаря им могут быть определены более, чем два состояния.

До недавнего времени квантовые биты существовали только в относительно больших вакуумных камерах. Теперь же команда сгенерировала их и в полупроводниках. Она поставили эффект на практике, который 22 года назад теоретически предсказывал профессор физики Андреас Вик (Andreas Wieck). Это исследование привносит ещё один шаг на пути к квантовым вычислениям.

Вместе с коллегами из Гренобля и Токио, Вик совместно с учёными из кафедры прикладной физики опубликовали результаты проделанной работы в журнале «Nature Nanotechnology».

Обычные биты

На сегодняшний день основные единицы обработки данных являются «0» и «1», которые отличаются по своему электрическому напряжению. Для кодирования этих состояний, только заряд электрона имеет решающее значение. «Электроны также имеют и другие свойства», — говорит Вик: «хотя, это именно то, что нам нужно для квантовых битов». «Расширение битов до квантовых битов может значительно увеличить вычислительную мощность всех компьютеров», — добавил физик.

Новое поколение

Квантовый бит соответствует одному электрону в определённом состоянии. Вместе со своими коллегами, для кодирования Вик использовал траектории электронов проходящие через два близко расположенных канала. В принципе, возможны два различных состояния: либо электрон движется в верхний канал, либо в нижнюю часть канала — что также образует двоичную систему счисления. Согласно квантовой теории, частица может находиться в нескольких состояниях, то есть, она может пролетать почти через оба канала одновременно. Эти перекрывающиеся состояния могут образовывать обширный «алфавит» обработки данных.

Рецепт кубитов

Для создания квантовых битов с различными состояниями, исследователи разрешили отдельным электронам интерферировать друг с другом. Это работает, как эффект Ааронова-Бома: питаясь от внешнего источника напряжения электроны пролетают через полупроводниковое твёрдое тело, внутри которого их траектория сначала расходится, а затем воссоединяется. Таким образом, каждый электрон пролетает одновременно по обоим возможным путям. Когда оба пути опять соединяются, появляется интерференция, то есть, обе электронных волны перекрываются и создают квантовые биты с различными состояниями.

Управление электронами на определённых путях

Как правило, в одно время волны электронов могут проходить через твёрдое тело по нескольким различным путям. Из-за примесей в материале, они теряют свою фазовую информацию и таким образом свою способность кодировать до конкретного состояния. Для сохранения информации о фазе, исследователи вырастили кристалл арсенида галлия высокой чистоты и использовали двойной канал предложенный Виком, уже более 20-ти лет назад.

Как работает двойной канал

Электрон достигает вилки через два близко расположенных канала. Они связаны друг с другом (туннельная связь), так что электрон пролетает одновременно по двум разным путям. Фаза электронных волн поддерживается связью. Также двойной канал был использован командой после того, как электронные волны были объединены в конце вилки. Таким образом, они создали квантовый бит с чётким состоянием, который является подходящими для кодирования информации. «К сожалению, не все электроны участвуют в этом процессе, пока это лишь несколько процентов», — комментирует Вик. «Однако, некоторые студенты в моём отделе, уже работают по выращиванию кристаллов с более высокой электронной плотностью».

Источник материала: wordscience.org