Ученые всего мира стремятся построить квантовый компьютер. Для компьютера естественно требуется носитель информации. Его назвали кубит – квантовый бит. Но вот какой должен быть физический носитель этого кубита пока не определяться и пытаются его строить на различных объектах. В данном материале я попытаюсь понять, что представляет собой кубит, построенный на атоме. В Интернете есть статья “Кубит продержался 39 минут при комнатной температуре”. Такой кубит создали в университете Саймона Фрейзера (Канада). Одним из разработчиков этого кубита является Стефани Симмонс (Stephanie Simmons) из Оксфордского университета. Он и поведал нам об этом чуде.
Как говорится в статье:
“кубиты получили из атомов фосфора, внедрённых в очень чистый кристалл кремния (на фото), путём бомбардировки их магнитными импульсами, чтобы вызвать квантовую суперпозицию”.
Вот фото счастливчиков.
А вот схема установки, на которой ввели в суперпозицию эти атомы фосфора.
Установка кажется сложной, но это только на первый взгляд. Присмотримся к ней.
Красным цветом обозначены измерительные приборы. Wavemeter измеряет какие-то параметры волн излучения. Gaussmeter и Magnet control измеряет и контролирует магнитный поток. Если их сигналы не используются для обратной связи, то они в работе установки не участвуют.
Голубым цветом обозначено устройство, обеспечивающее соответствующий магнитный поток через кубит. Оно двигает это магнитное поле относительно кубита по стрелочке B1, изменяет его силу. Это сложное устройство, но оно для нашего дела не принципиально.
Зеленым цветом обозначено детектирующее (считывающее) устройство. На кубит подается сигнал 114kHz, который проходит через кубит и через емкость в 1 микрофараду стробирует себя. Если в кубите изменится состояние, то каким-то образом изменится и считанный сигнал.
Остальная, не окрашенная часть схемы, посвящена тому, чтобы в результате сформировать такой импульс или несколько импульсов, которые после фокусировки на атоме или атомах фосфора смогли бы перевести эти атомы в суперпозицию, иначе в другое состояние.
Разработчики утверждают, что такой долгожданный и обнадеживающий сигнал появился и держался 39 минут, только пока при низкой температуре, а затем исчез. Но оптимизм разработчиков неисчерпаем – они утверждают, что это возможно и при комнатной температуре. Это техническая проблема. Стоит что-то чуть подкрутить, добавить, перестроить и все поучится. И в это можно верить на все 100%.
Но что же это за такой суперпозиционный сигнал?
В прошлом столетии в 60-70 годы в Советском союзе (возможно и вовсем мире) продавали часы со светящимися стрелочками, чтобы можно было видеть время в темное время суток. Стрелочки были покрыты фосфором, который и светился ночью. Но этот свет в темноте все уменьшался и уменьшался, и если часы днем в светлое время суток не держать на свету, то в следующую ночь свечения стрелок может не быть вовсе. То есть требовалась как бы подзарядка. Понятно, что во время этой подзарядки фотоны видимого спектра переводили атомы фосфора в неустойчивое, но близкое к устойчивому, возбужденное состояние. В этом состоянии атом через некоторое время спонтанно излучил фотон видимого спектра, и мы видели свет. Чем ближе возбужденное состояние было к стационарному, тем позже происходило спонтанное излучение.
Таких спонтанных излучений бесчисленное множество. Посмотрите на химические колебания Белоусова-Жаботинского. Там спектр спонтанных излучений довольно приличный и временные интервалы возбужденных состояний веществ довольно большой. А какой бывает спектр невидимый, или пока не невидимый, спонтанных излучений даже предположить трудно.
И вот этим счастливым ученым удалось при помощи всяческих ухищрений искусственно сгенерировать излучение, или спектр нескольких излучений, таких, что они перевели атом фосфора в возбужденное состояние, которое продержалось 39 минут. После этого атом спонтанно разродился, чем порадовал научный коллектив. Может быть даже чепчики бросали.
Но какое отношение имеет эта вся работа к квантовому миру и, соответственно, к квантовому компьютеру? Да никакое, ибо квантовый компьютер следует строить на кванте энергии.
