Электронные пузырьки - кубики квантового компьютера

Ученый Вейчжун Яо (Weijun Yao) из университета Брауна в Провиденсе, Род-Айленд предложил новый способ создания квантовых компьютеров. Вместо атомов и молекул, используемых для создания минимального элемента – кубита, он использовал так называемые электронные пузырьки. По мнению исследователя, с их помощью можно построить регистр из 1030 кубитов.

Для получения электронного пузырька необходим жидкий гелий, охлажденный ниже 2,17 градусов Кельвина. При такой температуре он ведет себя как супержидкость, т.е., имеет нулевую вязкость. В жидкость на большой скорости вгоняют электроны, которые, в конце-концов, останавливаются под воздействием атомов гелия, и оказываются в "пещерках" диаметром примерно 3,8 нм, окруженных примерно 700 атомами гелия. Таким образом решается одна из фундаментальных проблем создания квантовых компьютеров – достаточная изоляция кубитов друг от друга. "Что может быть более изолированным, чем электрон в пузырьке? – спрашивает Яо. - Электрон внутри каждого пузырька очень слабо взаимодействует с окружающими его атомами гелия".

Значения кубита, по словам Яо, можно кодировать спином электрона. В присутствии магнитного поля он может быть либо параллелен, либо противоположен ему. Большое количество электронов, каждый из которых расположен в своем пузырьке, может быть заключено в структуры при помощи "линейной четырехполюсной ловушки", выстраивающей электроны в шеренгу, и набора проводящих колец, которые создают поле напряжения для каждого пузырька.

Первый этап работы компьютера – установка всех спинов в одинаковое положение – может проходить путем охлаждения системы до 0,1 градусов Кельвина. Манипуляция электронами происходит приложением комбинации градиента магнитного поля к линии и варьированием частоты напряжений в ловушке четырехполюсника. Воздействие изменяет спины каждого электрона и заставляет их выполнять операции логических гейтов (см. www.arxiv.org/cond-mat/0510757) Для считывания спина электрона, напряжение на конце цепочки электронов можно снизить до уровня, когда каждый пузырек дрейфует в градиенте магнитного поля со скоростью, зависящей от спина электрона. Эта скорость дрейфа может быть считана при помощи лазеров.

Поскольку минимальная единица информации квантового компьютера – кубит – может одновременно нести два значения, на одном кубите можно одновременно проводить два вычисления, на двух кубитах – 4, на трех – 8 и так далее. "Я не вижу серьезных технических препятствий в создании системы, которая будет работать со 100 кубитами", - сказал Яо. "Это означает, что одновременно она может выполнять 1000 миллиардов миллиардов миллиардов (10³⁰) операций", пишет New Scientist.