Кодирование информации в современных компьютерах предполагает использование логических «нулей» и «единиц» в виде последовательностей битов данных. В отличие от традиционных компьютеров их квантовые «собратья» для кодирования информации используют так называемые «квантовые биты» или «кубиты», которые способны находится в двух логических состояниях одновременно, то есть быть и «нулем», и «единицей» в то же самое время – это стало возможным благодаря некоторым «особенностям» квантовой механики.

«Эти «особенности» квантовой механики делают возможным сверхскоростное решение некоторых специфичных типов задач, - говорит проф. Дю, - например, вычислительных задач «взлома сверхсложных кодов», моделирования климата и биомедицинских процессов, которые могли бы быть завершены в тысячи раз быстрее с использованием квантовых компьютеров».

«В принципе, нам не нужно большое количество кубитов, чтобы создать мощный компьютер», - продолжает ученый. «С точки зрения информационной плотности кремниевый микропроцессор с одним миллиардом транзисторов примерно равен квантовому процессору всего лишь с тридцатью кубитами». «И еще. Независимо от того, какие подходы применяются учеными всего мира при создании кубитов, традиционная проблема, стоящая перед всеми нами, состоит в том, чтобы информация, кодируемая кубитами, не была потеряна из-за квантовых флуктуаций в течение долгого периода времени - это обеспечивает отказоустойчивость вычислительной системе».

Подход, разработанный учеными, получил название «топологические квантовые вычисления». По мнению исследователей, данная технология должна обеспечить большую отказоустойчивость, чем альтернативные варианты, потенциально пригодные при проектировании квантовых компьютеров. Такое положение вещей возможно потому, что каждый кубит в «топологическом» квантовом компьютере будет синтезирован из пары квантовых частиц, у которых фактически имеется виртуально неизменяемая распределенная идентичность (попросту говоря, тождественность или равенство электрофизических свойств на расстоянии). «Топологический» подход подразумевает создание пары устойчивых частиц, так называемых «майорановских фермионов» (в физике элементарных частиц майорановский фермион – это фермион, который является своей собственной античастицей; его существование впервые было предсказано итальянским физиком Этторе Майораной в 30-х годах прошлого века).

Не смотря на то, что неуловимые майорановские фермионы были предложены достаточно давно, создание чипа на их основе, можно сказать, только началось.

В частности, ученые полагают, что парные частицы могут быть синтезированы с применением гибридной структуры на основе двумерного топологического изолятора и сверхпроводника. Особенность топологического изолятора состоит в том, что он является диэлектриком в объеме, не пропуская электрический ток сквозь себя, и проводником на поверхности, обеспечивая течение токов по граням. «Если образец топологического изолятора соединить с сверхпроводящим материалом, - говорит г-н Нез, - майорановские пары предположительно должны образоваться на границе раздела двух материалов. Если гипотеза подтвердиться, то подобные гибридные структуры потенциально будут пригодны, чтобы генерировать кубиты для целей квантовых вычислений и в итоге создания квантового компьютера».

Ученые потратили больше года, совершенствуя методы создания топологического изолятора. Наконец, им удалось получить прототип устройства, в основу которого положен полупроводник, широко используемый при производстве очков ночного видения. «Впервые получен двухмерный топологический изолятор на основе материала, относительно которого ученым точно известно, каким образом его можно связать со сверхпроводником», - поясняет проф. Дю.

«Мы находимся в хорошей стартовой позиции, чтобы сделать следующий шаг», - говорит проф. Дю. «Однако только натурные эксперименты смогут рассказать нам о возможности дальнейшего продвижения и ответить на вопрос, способны ли мы обнаружить фермионы Майорана и являются ли они хорошими кандидатами для создание устойчивого кубита».

источник