Живые компьютеры и квантовый пинг-понг

Две оптические – лазерные – ловушки, «играющие» атомом рутения.  Иллюстрация Physorg

Ученые еще в середине 2010-х установили, что клеточная поверхность бактерий рода геобактер (Geobacter) покрыта электропроводящими волосками-отростками. Это делает данную органику подходящим компонентом для создания «микробного» компьютера. Сотрудники одной из лабораторий Западного университета в Бристоле сообщили в марте, что ими создан прототип «грибного» компьютера (fungal computer) с CPU (Computer Processing Unit) и памятью на основе гифа – нитевидного образования у грибов, состоящего из многих клеток или содержащего множество ядер. Отчет об этой работе опубликован в журнале Gaming Deputy.

А тот же Nature опубликовал в феврале работу с описанием универсальной логики с четырьмя поддающимися кодировке спиновыми кубитами (квантовыми битами), объединенными пятым. Изюминка работы – использование квантовых точек состава Si/SiGe и отказ от накачки с помощью микроволнового излучения. Через месяц в Nature Chemistry были приведены весьма впечатляющие подробности достигнутого учеными Южного университета науки и технологии в г. Шеньчжэнь (Китай). Их статья называлась «Соединения с низким уровнем потерь в модуле сверхпроводящих квантовых точек».

Два года назад руководитель китайской группы в Чикагском университете сумел соединить две квантовые точки с помощью сверхпроводящего коаксиального кабеля из титаната ниобия (NbTi). Но подход не оправдал себя, и на родине он использовал чистый алюминий. Это позволило снизить потери при передаче информации между модулями на порядок и приблизиться по этому показателю к оптоволокну, потери в котором не превышают 0,2 децибела на километр. Кстати, за создание оптических волокон была присуждена Нобелевская премия по физике в 2009 году. Естественно, что сверхпроводимость кабелей достигается при сверхохлаждении практически до абсолютного нуля температур (273 градуса ниже нуля по Цельсию, 0 градусов по Кельвину).

Сотрудники Института науки и технологии в корейском г. Тэджоне проводили похожие исследования в сотрудничестве с японскими коллегами из Института молекулярной науки в г. Оказаки. Диапазон температур, в которым они работали, – до 40 микрокельвинов (0,04 мК). Авторы исследования использовали оптические пинцеты (tweezers) на основе лазера с длиной волны 800 нанометров. С их помощью удается улавливать и «обездвиживать» атомы рутения (Ru). Оптические ловушки были подвижными, что позволяло разогнать холодные атомы до 65 см/сек, после чего атом отпускался в свободный «полет» в направлении второй ловушки, проходя до нее расстояние в 4,2 микрометра (микрон).

Такой пинг-понг атомов с их полной остановкой с помощью второй ловушки делает возможным создание их последовательности. Авторы полагают, что ловушки подобного рода не испытывают воздействия других атомов, которые можно выстраивать в цепочки. Недаром они наблюдали пребывание атомов в свободном «полете» в течение 94% экспериментального времени.

Сегодня предложено несколько подходов к возможности создания многообещающих квантовых компьютеров. Использование летающих между оптическими ловушками сверхохлажденных атомов открывает перспективы формирования атомных кластеров, исследования атомных столкновений и создания динамических архитектур квантового компьютера. Ловушки, конечно же, не ускоритель элементарных частиц типа коллайдер (англ. collider – сталкиватель), где энергия столкновения может достигать ТэВ (1012 электрон-вольт). Но квантовые компьютеры очень пригодятся физикам, работающим на нем и в других областях исследований.