Практически во всех исследованиях, связанных с квантовыми вычислениями и квантовыми компьютерами, ученые в качестве квантовых битов (кубитов) используют заряженные частицы, пойманные и удерживаемые в электромагнитных ловушках. Эти заряженные частицы, будь это крошечные электроны или огромные ядра атомов тяжелых элементов, чрезвычайно чувствительны к внешним электромагнитным вмешательствам извне, поэтому такие системы не очень стабильны и требуют очень тщательной экранировки и электромагнитной защиты. Ученые-физики из Технического университета Мюнхена (Technische Universitaet Muenchen, TUM) в своих исследованиях пошли по несколько иному пути, они обнаружили, что в качестве кубитов квантовых компьютеров можно использовать углеродные нанотрубки.

Информация в таких нанотрубочных кубитах может храниться и обрабатываться в виде механических колебаний возбужденной особым образом нанотрубки. Так как углеродные нанотрубки и другие наномеханические устройства не имеют электрического заряда, они намного менее чувствительны к внешним электромагнитным воздействиям, нежели заряженные частицы, а компьютеры, использующие квантово-механические эффекты и явления могут обладать большей стабильностью, нежели их собратья на основе заряженных частиц, обеспечивая при этом производительность, во много раз превосходящую производительность современных кремниевых компьютеров.

Для того, чтобы использовать углеродную нанотрубку в качестве квантового бита, ее закрепляют с обоих концов, оставляя среднюю часть свободной. Возбуждаемая особым образом,

эта нанотрубка колеблется с определенной частотой как натянутая струна гитары, и делает это в течение достаточно продолжительного промежутка времени.

«Можно было ожидать, что колебания такой системы затухнут достаточно быстро» – рассказывает Саймон Рипс (Simon Rips), один из ученых, принимавший участие в данных исследованиях, – «Но, фактически, нанотрубка совершает около миллиона колебаний, что происходит с учетом частоты ее колебаний в течение одной секунды времени. Такого времени с большим запасом достаточно для того, чтобы использовать колебания нанотрубки для хранения и обработки квантовой информации».

Такая нанотрубочная «струна» может колебаться сразу в нескольких пространственно-энергетических состояниях, которые являются эквивалентом квантовых состояний заряженных частиц. Для того, чтобы систематизировать колебания наотрубки ученым пришлось прибегнуть к уловке, за счет комбинации создаваемых электрических полей колебательная система может принимать только лишь два состояния. В этом случае информация может быть записана и считана с помощью достаточно традиционных оптико-электрических методов.

«В основе нашей идеи лежат доступные технологии, не требующие особых затрат и сложных технологических приемов для их реализации» – рассказывает Михаэль Хартманн (Michael Hartmann), ученый, возглавляющий исследовательскую группу квантовой оптики и квантовой динамики (Emmy Noether research group Quantum Optics and Quantum Dynamics) в Техническом университете Мюнхена, – «Мы надеемся, что наши исследования сделают на шаг ближе момент появления реальных квантовых компьютеров».