Специалисты научно-исследовательской лаборатории IBM Research рассказали о принципиально новой технологии, позволяющей управлять квантовыми свойствами отдельных атомов. Это открытие может стать переломным моментом на пути к универсальному использованию квантовых компьютеров.
Команда ученых разработала технологию, чтобы создать симуляцию квантовых вычислений. Как известно, простые двоичные компьютеры, которыми мы привыкли пользоваться в повседневной жизни, понимают только единицы и нули и работают подобно переключателям света, которые могут быть либо включены, либо отключены. Квантовые компьютеры обладают еще одной, третьей опцией. Они могут быть включены и выключены одновременно, то есть находиться в состоянии квантовой суперпозиции.
Квантовую суперпозицию можно сравнить с возможностью установить переключатель света в среднее положение и создать состояние, при котором будет ни темно, не светло, или, наоборот, и темно, и светло одновременно.
Специалисты IBM Research создали аналоговый симулятор суперпозиции, заставив атомы титана продемонстрировать магнитные свойства, аналогичные квантовой суперпозиции. Для этого ученые использовали специальное устройство под названием сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), оснащенный иглоподобным инструментом, используемым для обнаружения атомов.
В своем блоге IBM опубликовала следующее заявление:
«В ходе наших экспериментов мы использовали квантовое свойство титана под названием «спин» для репрезентации кубита. Свойство спина делает атомы титана магнитными, и титан ведет себя как крошечная стрелка компаса. Подобно магниту на холодильнике, каждый атом титана имеет северный и южный полюс. Эти два магнитных направления определяют «0» или «1» кубита. Мы поместили атом титана на специально выбранную поверхность – ультратонкий слой оксида магния, чтобы защитить его магнетизм и дать возможность продемонстрировать квантовые качества».
Для того чтобы организовать и направить атомы титана, ученые использовали всплески микроволн, которые исходили из СТМ и заставляли атомы вращаться в различных направлениях, словно танцуя. При помощи этого приема исследователи успешно симулировали квантовую запутанность в 2-кубитной квантовой системе.
Заставить отдельные атомы титана танцевать на кончике иглы – удивительно само по себе, тем не менее, это достижение также имеет огромное значение для области разработки квантовых компьютеров.
Исследование IBM было опубликовано 25 октября изданием Science.