В начале марта 2010 года Немецкое научно-исследовательское сообщество (Deutsche Forschungsgemeinschaft) и японское Научно-технологическое агентство (Japan Science and Technology Agency) запустили инновационный исследовательский проект «Квантовый компьютер на алмазе». Устройство с новой логикой позволит ускорить вычисления и повысить защищённость коммуникаций. Проект реализуется в рамках германо-японской инициативы «Наноэлектроника». Координаторами проекта выступают Федор Железко из Штутгартского университета (Dr. Fedor Jelezko, University of Stuttgart) и Юничи Изойя из Унивеситета Цукубы (Prof. Junichi Isoya, Tsukuba University).
Исследовательский консорциум включает в себя трех германских партнёров - Университеты Дортмунда, Штутгарта и Мюнхена и трех японских – Университет Цукубы, Национальный институт материаловедения (National Institute of Material Science) и Японское агентство по атомной энергии (Japanese Atomic Energy Agency).
Штутгартская группа исследователей известна прорывными работами в детектировании и манипуляциями квантовыми состояниями отдельных атомов в кристаллической решетке алмаза. Японские партнёры известны большим опытом выращивания искусственных кристаллов алмазов с различными добавками.
Ученые многих стран уже несколько лет исследуют различные методы хранения данных в квантовых компьютерах. В частности, важные результаты получены в США, например в Гарвардском университете и в Массачусетском технологическом институте. Атомы азота в алмазе позволяют кодировать квантовые биты - кубиты, но процесс чтения информации протекает в условиях чрезвычайно слабого сигнала.
В квантовом компьютере единичный бит информации закодирован в качестве квантово-механической системы, например, в спине (spin) электрона. Чтение информации с использованием атомов азота в алмазах переустанавливает кубит, а потому есть только одна возможность измерить состояние квантового бита.
Развивая технологию, которая включает спин ядра азота, физики из Штутгартского университета превратили единственное считывание в многошаговый процесс. Вместо того чтобы просто переустанавливать основанный на электроне кубит после считывания информации, ученые научились удваивать состояние ядра азота прежде, чем информация сотрется. Состояние ядра азота не хранит полезной информации — оно просто позволяет ученым удлинить процесс считывания информации с кубита. Все это приводит в итоге к более сложному квантово-механическому процессу, который утраивает число шагов до того, как информация уничтожается, что в свою очередь вновь усиливает сигнал считывания информации с кубита.
Азотные центры неподвижны в решётке алмаза. Когда кристалл обрабатывают лазерным лучом, два азотных центра, расположенные на расстоянии примерно 10 нанометров, взаимодействуют друг с другом. В результате возникает регулируемая суперпозиция их спиновых состояний. Два спиновых состояния соответствуют компьютерным «0» и «1».
Полученный сигнал все еще слаб, но, комбинируя и другие методы, однажды ученые смогут использовать примеси в алмазах, чтобы записывать и считывать квантовую информацию при комнатной температуре. Это приблизит нас к появлению первых практически целесообразных квантовых компьютеров.
Российские учёные также имеют опыт исследования азотных примесей в алмазах разного происхождения. Например, в Якутнипроалмазе подробно изучены с азотной точки зрения природные алмазы разного качества из многих месторождений. Широкий фронт исследований по квантовым компьютерам на алмазе даёт шанс специалистам АДРОСА диверсифицировать свою деятельность.
Владимир Тесленко для Rough &Polished
