Квантові комп’ютери мають величезний потенціал для вирішення складних проблем, з якими не впораються навіть найпотужніші класичні комп’ютери. Вони використовують квантові біти (кубіти) — подібні до нулів і одиниць у класичних обчисленнях, але зі значно більшою гнучкістю — для обробки інформації з експоненціально вищими темпами. Однак для створення справді функціонального квантового комп’ютера потрібна величезна кількість стабільних і керованих кубітів.
Ось де дослідження квантових точок виходить на перший план. Ці наноструктури мають унікальні властивості, які роблять їх ідеальними кандидатами для кубітів. Останні прориви зосереджені на створенні та контролі кількох квантових точок одночасно, оскільки це відкриває двері для вивчення складних квантових взаємодій, необхідних для передових обчислень.
Тріумф триплетів оксиду цинку
Вчені з Інституту перспективних досліджень матеріалів Університету Тохоку (WPI-AIMR) досягли важливої віхи, успішно створивши та електрично керуючи потрійними квантовими точками всередині оксиду цинку (ZnO). Це досягнення, описане в Наукових звітах, являє собою великий крок вперед, тому що, хоча одинарні та подвійні квантові точки в ZnO були продемонстровані раніше, маніпулювання трьома або більше взаємопов’язаними точками залишалося серйозним викликом.
Привабливість ZnO полягає не лише в його придатності для виготовлення квантових точок, але й у його вроджених властивостях. ZnO — це напівпровідник, відомий своєю сильною електронною кореляцією та хорошою спіновою когерентністю — ключовими характеристиками для надійної роботи кубіта.
Розгадка квантових явищ
Крім простого контролю, дослідники спостерігали захоплююче явище, відоме як ефект квантового клітинного автомата (QCA) у своїй системі трьох квантових точок. Цей ефект, унікальний лише для систем із трьома або більше пов’язаними квантовими точками, підкреслює появу нових моделей поведінки під час взаємодії кількох кубітів. У цьому випадку конфігурація заряду в одній квантовій точці безпосередньо впливала на сусідні точки через електростатичну зв’язок, викликаючи синхронний рух двох електронів. Цей «ефект доміно» має значні наслідки для розробки енергоефективних квантових логічних операцій, фундаментального будівельного блоку квантових обчислень.
Шлях до масштабованих квантових комп’ютерів
Ці відкриття є вирішальним кроком до практичних квантових комп’ютерів. Вже знайомий із повсякденного застосування сонцезахисних засобів і прозорої електроніки, ZnO тепер виходить на перший план як потенційна платформа для створення стабільних і масштабованих квантових систем. Майбутні дослідження будуть зосереджені на точному управлінні цими квантовими взаємодіями в ZnO, щоб забезпечити когерентні операції кубітів, по суті, навчити кубіти «розмовляти» один з одним і виконувати обчислення.
Якщо дослідникам вдасться досягти цього, квантові комп’ютери можуть революціонізувати такі галузі, як дизайн матеріалів, відкриття ліків і криптографія, вирішуючи проблеми, яких не можуть вирішити навіть наші найпотужніші класичні машини.
