Растянуть алмаз: новый способ получить больше эффективных квантовых битов

Благодаря сотрудничеству ученых из Чикагского университета, Аргоннской национальной лаборатории и Кембриджа реализация всемирной квантовой сети может быть достигнута раньше, чем первоначально предполагалось.


Команда сделала захватывающее заявление о своем новаторском достижении в области разработки квантовых сетей. С помощью уникальной технологии, включающей растяжение тонких алмазных пленок, они успешно создали квантовые биты, которые могут эффективно функционировать, значительно снижая затраты, связанные с необходимым оборудованием. Кроме того, этот технологический прогресс упрощает управление этими квантовыми битами, тем самым повышая их общую полезность.

Исследователи оптимистичны в отношении того, что результаты их исследования существенно повысят жизнеспособность квантовых сетей в будущем. Подробнее с работой ученых можно познакомиться в журнале Physical Review X.


— Алекс Хай с Университета Чикаго, руководитель исследования.

Кубиты обладают особыми характеристиками, которые привлекают ученых, исследующих потенциал вычислительных сетей будущего. Одним из интересных аспектов является их замечательная устойчивость к взлому, что делает их практически невосприимчивыми к попыткам вторжения. Тем не менее, прежде чем эта революционная технология сможет беспрепятственно интегрироваться в нашу повседневную жизнь, необходимо преодолеть многочисленные препятствия.

Одна из основных проблем, связанных с кубитами, касается узлов, ответственных за передачу информации внутри квантовой сети. Эти узлы состоят из очень хрупких кубитов, которые подвержены неблагоприятному воздействию как тепла, так и вибрации. Следовательно, ученым приходится подвергать эти кубиты воздействию исключительно сверхнизких температур, чтобы обеспечить их оптимальную функциональность.


— Алекс Хай.

Лаборатория работала вместе с учеными из национальной лаборатории Аргонны. Целью сотрудничества было проведение экспериментов по составу кубитов с целью усовершенствования технологии.

Алмазы считаются весьма перспективным типом кубитов, поскольку они обладают замечательной способностью поддерживать квантовую запутанность. Квантовая запутанность относится к взаимосвязи между частицами, такими как электроны или фотоны, даже если они физически разделены. Однако для того, чтобы поддерживать эту квантовую запутанность в течение длительного времени, алмазы требуется охладить до температуры чуть выше абсолютного нуля.

У команды было сильное желание углубиться в сложную композицию материала, поскольку они стремились раскрыть скрытый в нем неиспользованный потенциал. Однако на своем пути они столкнулись с многочисленными трудностями, в первую очередь из-за удивительной твердости алмазов. Тем не менее ученые сделали революционное открытие, когда выявили способность «растягивать» алмазы на молекулярном уровне, аккуратно нанося тонкий слой алмаза на нагретое стекло.

По мере того как стекло постепенно остывает, оно подвергается процессу сжатия, который происходит более медленными темпами по сравнению с алмазом, тем самым оказывая тонкий эффект растяжения на атомную структуру кристалла. Это явление можно сравнить с тем, как тротуар растягивается или сокращается в ответ на колебания температуры земли под ним.


— Том Куэч, директор программы в Дирекции по инженерным наукам Национального научного фонда США.