Иными словами, процессом вычислений можно управлять импульсами переменного магнитного поля. При этом в молекуле есть прямая связь между спинами, и потому она является идеальной заготовкой для квантового компьютера, а сам спектрометр — почти готовый процессор. Однако в настоящее время удается работать с системами, в которых не более 5–7 спинов, а их нужно не менее 100.
Общий вид квантового компьютера Orion.
Другой подход основан на использовании электромагнитных ловушек, в которых содержатся «подвешенные» в вакууме ионы. Первые ионные ловушки создали еще полвека назад, когда понадобился эталон времени для атомных часов; в таких часах колеблющиеся ионы играют роль маятников. Но для квантового компьютера одного иона недостаточно. Нужна, как минимум, сотня. Создание таких «многоместных» ловушек — задача непростая, но специалисты ее успешно решают.
Больше других преуспели в этом направлении ученые Инсбрукского университета в Австрии и сотрудники Лос-Аламосской лаборатории в США.
Принципиальная схема «ловушек» для кубитов.
Для квантового компьютера, напомним еще раз, нужна хотя бы сотня частиц. А в вытянутой цепочке, как показала практика, пока можно удержать максимум 30 ионов. При большем количестве одномерный кристалл теряет устойчивость — образуется «зигзаг», неустойчивая структура. Решить эту проблему ученые планируют, объединив несколько ловушек — скажем, по 10 частиц в каждой — в одну систему.
Третий подход — создать квантовый компьютер на твердом теле. Исследователи Физико-технологического института РАН (ФТИАНа) под руководством академика К.А. Валиева намерены создать квантовый компьютер на основе кремниевых микрочипов, подобных тем, которые использует традиционная микроэлектроника.
Через каждые 100 ангстрем в кристалл кремния внедряют атомы фосфора; этой операцией технологи прекрасно владеют уже сегодня. На таком расстоянии облака внешних электронов атомов фосфора пересекаются, и один атом может управлять электронами другого.
Над этими атомами располагают 50-ангстремные микроэлектроды. Изменяя напряжение на электроде, можно менять и резонансную частоту спина ядра атома фосфора. Получается структура, очень похожая на современный полевой транзистор: как бы те же затворы, только вместо тока — состояния атома. Причем наши физики предлагают работать не с одним, а сразу с серией атомов, действующих параллельно. Тогда на выходе сформируется сравнительно мощный сигнал, который легче регистрировать.
Пока же суд да дело, канадская фирма D-Wave Systems, объявившая о создании квантового компьютера Orion мощностью в 16 кубит, использовала в своем устройстве кольца из сверхпроводника с одним или двумя разрывами толщиной в нанометры. Эти разрывы заполняются диэлектриком. «В каждом кольце реализуется необычное квантовое состояние, когда токи текут одновременно и по, и против часовой стрелки», — сообщают создатели «Ориона».
Охлаждаемый до температуры кипения жидкого гелия (-273,145 °C) процессор выполнен из ниобия (металла-сверхпроводника) с использованием традиционной микроэлектронной технологии.
«Наш квантовый компьютер не будет узкоспециализированным вычислителем, ориентированным, к примеру, исключительно на криптографию, — подчеркнул Херб Мартин, заместитель главного исполнительного директора компании. — Это устройство широкого профиля пригодится в различных областях — от чистой математики до генной инженерии и создания лекарств»…
Впрочем, по мнению многих специалистов, 16 кубит — очень мало; вычислительные способности такого компьютера на уровне простого калькулятора. А вот 100 кубит уже достаточно, чтобы квантовый компьютер стал мощнее любой суперЭВМ.
Однако в ближайшем будущем квантовые компьютеры все же вряд ли вытеснят обычные. Работы хватит и тем и другим. «Мое видение будущего таково: в обычном компьютере появится специальный квантовый процессор, который будет использоваться для решения сверхсложных задач, — сказал академик Валиев. — А для всех остальных случаев достаточно традиционной электроники»…
Публикацию подготовил А. ПЕТРОВ
КОЛЛЕКЦИЯ ЭРУДИТА
Художники Возрождения пользовались оптикой
Художники эпохи Возрождения, в том числе и представители знаменитой фламандской школы живописи! при создании своих шедевров использовали последние достижения оптиков своего времени, пишет журнал «Нейчур». И приводит такие подробности.