Физики смогли создать необходимое для квантовых компьютеров устройство

В 2016 году Нобелевскую премию по физике получили трое британских ученых за работу над сверхпроводниками и сверхтекучими жидкостями, их исследования также касались довольно странного типа материала.

Недавно их открытия получили практическое применение: теперь возможно создать достаточно маленькие, подходящие для квантового компьютера, электронные компоненты. Команда ученых из Сиднейского университета в сотрудничестве с коллегами из Стэндфордского университета и Microsoft использовали топологический изолятор – материал особого типа – для уменьшения такого электронного компонента, как циркулятор, в 1000 раз.

Если вы пропустили всю суматоху вокруг открытия этих трех британских ученых в 2016 году, то просто стоит сказать, что они обнаружили, что при определенных условиях некоторые материалы могут легко проводить электричество на поверхности, но внутри оставаться изоляторами.

Но что более важно, они открыли случаи, когда вещество переходит из одного состояния в другое, не нарушая так называемой симметрии, как это происходит, например, когда атомы воды «перестраиваются» в лед или пар.

По мере того, как мы уменьшаем электронные компоненты до практически атомных масштабов, все большее значение приобретают движения электронов.

Возьмем кубиты – квантовый заряд, который может находиться сразу в двух состояниях, и при его измерениях будет выпадать одно из них, на чем и основываются квантовые вычисления.

Сегодня есть различные способы для создания кубитов, а также улучшаются технологии, позволяющие использовать их в больших количествах. Но все еще вызывает трудности уменьшение кубитов до таких размеров, при которых можно было бы на небольшом пространстве разместить их сотни и тысячи.

«Даже если бы у нас были миллионы кубитов, неясно как использовать их с классическими технологиями, – говорит Дэвид Райти, физик из Сиднейского университета и директор Microsoft Station Q. – Для создания более продвинутой версии квантового компьютера потребуются новые устройства и технологии для его классической версии».

Одно из таких устройств – циркулятор, который передает сигнал по кругу, от одной развязки к другой. До сих пор самые маленькие его варианты были размером с ладонь, но ученые нашли решение: намагниченная пластина в 1000 раз меньше, сделанная из топологического изолятора, может выполнять ту же работу.

«Такие компактные циркуляторы могут применяться на различных квантовых аппаратных платформах вне зависимости от используемой квантовой системы», – говорит автор исследования Элис Махони.

Можно сказать, что в развитии квантовых компьютеров мы находимся где-то на этапе вакуумных трубок, перфокарт и магнитных лент. Но с такими открытиями мы скоро сможем увидеть рабочие машины, которые оставят наши лучшие суперкомпьютеры далеко позади.

Источник: sciencealert.com