Квантовые компьютеры обладают огромным потенциалом для решения сложных задач, с которыми не справляются даже самые мощные классические компьютеры. Они используют квантовые биты (кубиты) — аналогичные нулям и единицам в классическом вычислении, но обладающие значительно большей гибкостью — для обработки информации в экспоненциально более быстрых темпах. Однако построение действительно функционального квантового компьютера требует огромного числа стабильных и управляемых кубитов.
Здесь на передний план выходит исследование квантовых точек. Эти наноструктуры обладают уникальными свойствами, которые делают их идеальными кандидатами в роли кубитов. Недавние прорывы сосредоточены на создании и управлении несколькими квантовыми точками одновременно, поскольку это открывает дверь для изучения сложных квантовых взаимодействий, необходимых для продвинутых вычислений.
Триумф триплетов из окиси цинка
Ученые из института передовых исследований материалов Университета Тохоку (WPI-AIMR) достигли значительного рубежа, успешно создав и электрически управляя троичными квантовыми точками внутри оксида цинка (ZnO). Это достижение, описанное в Scientific Reports, представляет собой большой шаг вперед, поскольку хотя одиночные и двойные квантовые точки в ZnO были ранее продемонстрированы, манипулирование тремя или более взаимосвязанными точками оставалосьformidable challenge.
Притягательность ZnO заключается не только в его пригодности для изготовления квантовых точек, но и в его врожденных свойствах. ZnO — это полупроводник, известный своей сильной корреляцией электронов и хорошей спиновой когерентностью — решающими характеристиками для надежной работы кубитов.
Раскрытие квантовых явлений
Помимо простого управления, исследователи наблюдали за увлекательным явлением, известным как эффект квантовой ячеистой автоматы (QCA) в своей системе из трех квантовых точек. Этот эффект, свойственный только системам с тремя или более связанными квантовыми точками, подчеркивает возникновение новых поведенческих реакций при взаимодействии нескольких кубитов. В данном случае конфигурация заряда в одной квантовой точке прямо влияла на ее соседние точки через электростатическую связку, вызывая синхронизированное движение двух электронов. Этот «домино-эффект» имеет существенные последствия для разработки энергосберегающих операций квантового логики, являющихся фундаментальным блоком квантовых вычислений.
Путь к масштабируемым квантовым компьютерам
Эти открытия представляют собой решающий шаг на пути к практическим квантовым компьютерам. ZnO, уже знакомый по повседневному применению в солнцезащитных кремах и прозрачной электронике, теперь выходит на первый план как потенциальная платформа для создания стабильных и масштабируемых квантовых систем. Дальнейшие исследования будут сосредоточены на точном управлении этими квантовыми взаимодействиями в рамках ZnO для обеспечения когерентных операций кубитов — по существу научить кубиты «общаться» друг с другом и выполнять вычисления.
Если исследователям удастся добиться этого, квантовые компьютеры смогут революционизировать такие области, как проектирование материалов, открытие новых лекарств и криптография, решая задачи, недоступные даже нашим самым мощным классическим машинам.
