Квантовий стан при кімнатній температурі утримали 39 хвилин
Відео: Методи квантової хімії, спінові стану
Міжнародна група вчених, керівником якої виступив фізик Майк Тевольт (Mike Thewalt) з університету імені Саймона Фрейзера встановила новий рекорд в області квантових обчислень. Результат експерименту відкриває двері в світ нових надшвидких квантових комп`ютерів, які дозволять виробляти відразу кілька обчислювальних операцій одночасно.Якщо в звичайних комп`ютерах використовуються біти, які беруть значення 1 або 0, то квантові комп`ютери оперують кубитами (qubit - quantum bit, "квантовий біт"). Кубіти знаходяться в стані суперпозиції, при якому вони одночасно приймають значення 1 і 0, що значно прискорює обчислення.
В рамках нового експерименту фізики підняли температуру квантової системи, в якій інформація кодується в ядрах атомів фосфору на кремнієвій пластині, з -269 ° С до 25 ° С. Результати показали, що стан суперпозиції при кімнатній температурі утримується протягом 39 хвилин. Відрив від попереднього рекорду виявився дуже великим: попередні дослідження дали результат всього в дві секунди при тій же температурі.
Також дослідники помітили, що при зростанні температури кубитами можна управляти, а при її повторному зниженні одиниці квантової інформації як і раніше залишаються стабільними.
"Тридцять дев`ять хвилин тільки здаються невеликим періодом. Але для зміни спрямованості спина в ядрах іона фосфору, тобто для запуску квантових обчислень, потрібно всього одна стотисячна частка секунди. У теорії можна проводити близько 20 мільйонів операцій за той час, який потрібен для природного розпаду суперпозиції на 1%. Це дійсно дає надію на подальше конструювання потужних квантових комп`ютерів ", - пояснює співавтор дослідження Стефані Сіммонс (Stephanie Simmons) з факультету матеріалознавства оксфордського університету.
Крихке квантовий стан суперпозиції при температурі в 25 градусів за Цельсієм утримували рекордні 39 хвилин (ілюстрація Stef Simmons, CC BY).
Експеримент почався з того, що вчені взяли невеликий шматок кремнію, легований декількома іншими елементами, в тому числі і фосфором. Квантова інформація була закодована в ядрах атомів фосфору.
Кожне ядро має свою особливу квантову характеристику, звану спіном. Спін можна порівняти з мікроскопічним магнітиком, вміщеним в магнітне поле. Спинами можна управляти: "магнітик" може умовно вказувати або вгору (що представляє значення 0), або вниз (для значення 1), або в будь-якому іншому проміжному напрямку, представляючи таким чином суперпозицію станів.
Зразок був виготовлений при температурі всього 4 градуси вище абсолютного нуля і поміщений в магнітне поле. Для створення стану суперпозиції і зміни напрямку спінів ядер фізики використовували додаткові магнітні поля.
При температурі -269 ° С спини ядер близько 37% всіх іонів залишалися в стані суперпозиції протягом трьох годин, а при температурі 25 ° С - протягом 39 хвилин (ілюстрація Karl G. Nyman / CC BY).
При низькій температурі (-269 ° С) спини ядер близько 37% всіх іонів залишалися в стані суперпозиції протягом трьох годин. Коли ж температуру підвищили до кімнатної, то цей показник впав до 39 хвилин, що стало рекордом для подібного роду експериментів.
"Тривалість" життя "квантових станів в нашому експерименті, як мінімум, на порядок перевищує ту, якої вдалося досягти авторам попередніх досліджень. Ми створили справді високопродуктивні кубіти", - пише Сіммонс в прес-релізі оксфордського університету.
Наступний етап масштабного дослідження, можливо, буде ще більш важким. В даному випадку 10 мільярдів іонів фосфору знаходилися в однаковому квантовому стані. Для виконання розрахунків, однак, фізики повинні будуть помістити різні кубіти в різних стану.
Стаття з результатами дослідження вийшла в журналі Science.
Статті за темою "Квантовий стан при кімнатній температурі утримали 39 хвилин"
Оцініть, будь ласка статтю
Ще статті розділу
