Алмазы, одни из самых дорогих драгоценных камней в мире, могут выступать и в роли строительных блоков для квантовых компьютеров.

Поскольку по своей структуре алмазы являются очень прочными, исследователи уверены в том, что они помогут преодолеть ряд трудностей, с которыми пришлось столкнуться разработчикам квантовых компьютеров.

Потенциал квантовых компьютеров огромен. Но появления универсальных квантовых компьютеров, судя по всему, придется ждать десятки лет, что обусловлено сложностью создания подобных систем. На сегодняшний день квантовые компьютеры являются крайне неустойчивыми.

Исследователи из Университета Северной Каролины разработали систему для синтетического изготовления микроскопических алмазов — их называют еще наноалмазами — и специальных кристаллических структур, которые способствовали бы повышению устойчивости вычислений, выполняемых квантовыми компьютерами.

Исследователи адаптировали структуру наноалмазов, состоящих из атомов углерода, для стабилизации кубитов в центре квантового компьютера. Наноалмазы с примесями позволяют кубиту устойчиво изменять свои состояния.

Существующие квантовые компьютеры функционируют только при крайне низких температурах

Источник: IBM

В современных компьютерах биты данных хранятся в виде единиц и нулей, тогда как в квантовых компьютерах используются кубиты, позволяющие одновременно хранить единицу и ноль в нескольких состояниях. Благодаря такой суперпозиции кубиты создают условия для огромного роста вычислительного потенциала квантовых компьютеров.

Однако кубиты отличаются исключительной неустойчивостью. После начала взаимодействия или «запутывания» кубитов в процессе выполнения вычислений их поведение и состояние становится трудно прогнозировать. В конце концов это приводит к нарушению вычислительных циклов.

Исследователи из Университета Северной Каролины предложили новую технологию создания однокристальных наноалмазов, которые потенциально могли бы использоваться в качестве компонентов квантовых компьютеров, работающих при комнатной температуре. Так формируется стабильная среда для суперпозиции, что в свою очередь помогает наладить устойчивое выполнение вычислений.

Уже существуют действующие квантовые компьютеры, разработанные, в частности, в компаниях IBM и D-Wave Systems, но они функционируют только при низких температурах, в специальных холодильниках.

Природные алмазы состоят из сцепленных друг с другом атомов углерода. Исследователи создают в наноалмазе так называемую азото-замещенную вакансию, в результате чего центральный атом углерода замещается атомом азота. Эта процедура превращает наноалмаз в кубит.

Добавление в наноалмазы азота осуществляется синтетическим путем с размещением на подложке аморфного углерода и последующей его бомбардировкой ионами азота и изотопами углерода-13.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Купить номер с этой статьей в PDF