Согласно новому исследованию, если вы используете четыре разных метода для хранения данных на одном атоме, вы можете вместить больше квантовой вычислительной мощности в заданное пространство. Этот подход может открыть более мощные и простые в управлении квантовые компьютеры.

Традиционные компьютеры могут обрабатывать и хранить информацию в форме 0 или 1, тогда как квантовые компьютеры могут обрабатывать и хранить информацию в форме 0 или 1 и одновременно обрабатывать и хранить суперпозицию двух. По мере увеличения количества квантовых битов (кубитов) вычислительная мощность квантовых компьютеров будет увеличиваться в геометрической прогрессии, что позволит им решать задачи, слишком сложные для обычных компьютеров.

Проблема в том, что манипулировать этими кубитами может быть непросто, особенно когда квантовые компьютеры начинают использовать все больше и больше кубитов. Но теперь учёные из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Сиднее показали, как записывать данные в кубиты (в данном случае в отдельные атомы) четырьмя разными способами, в зависимости от того, что каждый раз нужно.

Атом представляет собой элемент под названием сурьма, который можно имплантировать в кремниевый чип, заменив в нем один из атомов кремния. Этот тяжелый атом был выбран потому, что его ядро ​​уже содержит восемь независимых квантовых состояний, которые можно использовать для кодирования квантовых данных. Кроме того, сам его электрон имеет два квантовых состояния, что удваивает общее количество квантовых состояний в атоме сурьмы до 16 (каждое из исходных восьми квантовых состояний, в свою очередь, сопряжено с двумя квантовыми состояниями электрона). Использование других материалов для создания квантового компьютера с 16 состояниями потребует четырех связанных вместе кубитов.

Однако настоящим прорывом в этом исследовании стало то, как команда использовала четыре разных метода для манипулирования данными об атомах. Электронами можно управлять с помощью колеблющихся магнитных полей. Методы магнитного резонанса, например те, которые используются в аппаратах МРТ, могут управлять вращением атомных ядер. Электрические поля также можно использовать для управления атомными ядрами. Наконец, метод под названием «переворачивание битов» позволяет управлять ядрами и электронами с помощью электрических полей.

Исследовательская группа заявила, что это исследование поможет сделать квантовые компьютеры более «плотными», содержащими больше кубитов в меньшем пространстве.

Профессор Андреа Морелло, первый автор исследования, сказал: «Мы инвестируем в технологию, которая сложнее и медленнее, но по очень веским причинам, одна из которых — чрезвычайно высокая плотность информации, которую она может обрабатывать. 25 миллионов атомов в 1 квадратном миллиметре — это здорово, но ими нужно управлять один за другим. У нас есть возможность управлять атомами с помощью магнитных полей, электрических полей или любой их комбинации, что даст нам множество возможностей при масштабировании системы».

Далее команда планирует использовать эти атомы для кодирования логических кубитов, что в конечном итоге проложит путь к более практичным квантовым компьютерам.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.