• Вход / Регистрация
    Логин:
    Пароль:

"Дефектные" алмазы могут стать основой квантового Интернета будущего

2013-05-01

Современное оборудование, на котором держатся все Интернет-каналы, основано на базе полупроводниковых кремниевых чипов, но будущая квантовая "версия" Интернета может быть построена на алмазных кристаллах, в решетке которых искусственно сделаны специальные дефекты. Используя искусственные дефекты кристаллической решетки алмаза, ученые-физики создали квантовые биты, кубиты, и запутали их на квантовом уровне. Несмотря на то, что два кристалла алмаза разделяло расстояние в три метра, изменение квантового состояния одного кубита немедленно отражалось на квантовом состоянии второго кубита, что в будущем будет использоваться для передачи квантовой информации на огромные расстояния.

Явление квантовой запутанности, которое Альберт Эйнштейн назвал "призрачным взаимодействием на расстоянии", является одним из квантовых явлений, природа которого еще совершенно не изучена. Тем не менее, это совершенно не мешает людям использовать квантовую запутанность в своих целях для построения квантовых компьютеров и квантового Интернета. Основой квантового Интернета когда-нибудь станут запутанные фотоны, передаваемые по обычным оптоволоконным линиям, которые будут использоваться для запутывания квантовых битов, через которые уже и будет передаваться собственно квантовая информация, частным случаем которой могут являться наборы инструкций и данных для квантовых компьютеров.

Собственно квантовые биты весьма походят на биты, используемые в обычных компьютерах. Основным отличием квантовых бит от обычных является то, что квантовые биты могут находиться в состоянии квантовой суперпозиции, т.е. иметь значение логических 1 и 0 одновременно. Использование таких уникальных свойств квантовых битов позволит реализовать технологии и принципы квантовых вычислений, позволяющих быстро решить задачи, расчет которых на обычных компьютерах потребует времени, сопоставимого с возрастом Вселенной.

Во многих других экспериментах ученые уже создавали запутанные квантовые биты на основе атомов и ионов, пойманных в магнитные ловушки. Но преимущества алмаза заключаются в том, что для создания квантового бита внутри кристалла не требуется никаких ловушек, что значительно упрощает строение квантовых установок, помимо этого, квантовые биты в алмазе могут хранить квантовую информацию при обычной комнатной температуре, что не требует охлаждения до сверхнизких температур. И эти преимущества делают алмазные кристаллы одним из первых кандидатов на роль основного материала будущих квантовых устройств, компьютеров и сетей. "Создание множества кубитов в рамках одного алмазного кристалла является делом намного более простым, нежели расширение систем на основе магнитных ловушек" - рассказывает Рональд Хэнсон (Ronald Hanson), ученый из Технологического университета Делфта в Нидерландах, который возглавлял исследовательскую команду.


Кубиты в алмазе формируются из дефектов кристаллической решетки, в большинстве случаев таким дефектом является атом азота, внедренный в кристаллическую решетку вместо атома углерода. В результате разницы в количестве электронов верхней оболочки азота и углерода появляется электронная вакансия, а собственно квантовым битом является спин электрона, оставшегося свободным из-за дефекта. Для того, чтобы запутать кубиты в различных кристаллах алмаза, охлажденных до температуры в 10 градусов по шкале Кельвина, ученые использовали лазеры для запутывания фотона с одним из кубитов. Эти фотоны были переданы по оптоволоконному кабелю во второй кристалл алмаза, где они "передали" свою запутанность второму кубиту, запутав, таким образом, оба кубита в единую квантовую систему. Следует заметить, что такая технология уже использовалась в 2007 году для запутывания двух ионов иттербия, а в 2012 году - для запутывания двух нейтральных атомов рубидия.

К сожалению, процесс дистанционного квантового запутывания еще крайне неэффективен, квантовая запутанность двух кубитов возникает один раз на миллион попыток, или один раз в 10 минут с учетом быстродействия опытной научной установки. Но и другие эксперименты, основанные на атомах и ионах, заключенных в магнитной ловушке, демонстрировали схожие или даже худшие результаты.

Следует заметить, что данные исследования направлены на создание основного узла будущего квантового Интернета - квантового ретранслятора, только благодаря которым смогут функционировать квантовые коммуникации на дальних расстояниях. Оказывается, что квантовая запутанность фотонов пропадает после того, как фотон проходит по кабелю несколько сотен километров. Это связано с оптическими свойствами стекла, которое поглощает и преломляет свет. Простое усиление оптического сигнала ничего не дает, оно полностью разрушает квантовую информацию, поэтому будет требоваться квантовые ретрансляторы, которые обеспечат поэтапную передачу фотона, который сохранит свою изначальную запутанность и который позволит запутать два квантовых бита, находящихся на огромном удалении друг от друга. "Дефектные" кубиты в кристалле алмаза имеют наибольшую перспективу стать этими квантовыми ретрансляторами.

В нынешнее время, когда от создания первых квантовых сетей и квантовых процессоров нас отделяют еще минимум десятилетия, никто не может с уверенностью сказать, что именно будет являться основой будущих квантовых вычислительных систем, но алмаз однозначно является одним из наиболее вероятных кандидатов на эту роль.
Источник: dailytechinfo.org

Всего комментариев: 0
Золотой комментарий:
На сайт GtaMania.ru добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]

Реклама:
GtaMania.ru - это открытый ресурс, позволяющий публиковать материалы любому пользователю сети интернет. Администрация не несет ответственности за опубликованные пользователями материалы. Любой материал может быть удален по просьбе автора, при предъявлении сканированных копий документов подтверждающих авторские права на конкретный материал.
При копировании материалов, гиперссылка на http://gtamania.ru/ ОБЯЗАТЕЛЬНА!
| Design by SandWicH | Copyright GtaMania.ru © 2008 - 2016
Rambler's Top100