Кремниевый кристалл высокой степени очистки послужил основой для экспериментального чипа. Он стал одним из шагов на пути к твердотельным квантовым компьютерам. Учёные напоминают, что для создания реальной вычислительной системы важно как раз большое число управляемых кубитов.

Рис. 1. Исследователи управляли
спином огромной армии частиц при
помощи электромагнитного излучения
(иллюстрация Stephanie Simmons,
John J. L. Morton/Nature).

Международная команда физиков, базирующаяся в Оксфорде (University of Oxford), взяла образец сверхчистого кремния-28, из которого ранее были удалены атомы кремния-29. Последний в силу магнитных параметров мешал бы процедуре запутывания. Затем кудесники от науки легировали кристалл фосфором. Его атомы и были превращены в миллиарды пар кубитов (первый кубит – это ядро атома, а второй — один из его электронов).

Как и прежние прототипы твердотельных квантовых чипов, новое устройство пришлось охладить до криогенной температуры. В данном случае — до 2,9 кельвина. Далее во всех атомах фосфора при помощи сильного магнитного поля были выровнены спины.

Затем тщательно подобранные микроволновые и радиоимпульсы позволили ввести частицы в каждой паре в состояние квантовой сцепленности, создавая двухкубитную систему.

Её неклассическое состояние и высокая точность управления сразу десятью миллиардами атомов были проверены рядом методов. (Подробности раскрывают статья в Nature и пресс-релиз университета).

Рис. 2. Так в представлении художника выглядят квантово запутанные спины ядра атома фосфора и электрона (иллюстрация Stephanie Simmons).

Следующим шагом разработчиков будет попытка соединить это огромное число пар кубитов уже между собой, чтобы построить на базе кремния масштабируемую компьютерную систему. Для этого потребуется наложение на чип наноразмерных проводников, точно согласованных по положению с миллиардами легирующих атомов. Учёные не видят в такой технологии ничего невозможного и прогнозируют, что на создание подобной схемы уйдёт ещё 3–5 лет.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Stephanie Simmons, Richard M. Brown, Helge Riemann, Nikolai V. Abrosimov, Peter Becker, Hans-Joachim Pohl, Mike L. W. Thewalt, Kohei M. Itoh & John J. L. Morton Entanglement in a solid-state spin ensemble. – Nature (2011), doi:10.1038/nature09696; Published online 19 January 2011.