Напівпровідниковий матеріал, який може містити квантові біти при кімнатній температурі

Вчені-фізики з Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі виявили, що карбід кремнію, відомий напівпровідниковий матеріал, широко застосовуваний в електронній промисловості, має дефекти кристалічної решітки, квантовим станом яких можна легко керувати при кімнатній температурі.

Як відомо, що основою квантових комп’ютерів, які тільки почали з’являтися в даний час, є квантові біти, кубіти. З фізичної точки зору ці кубіти являють собою атоми або інші частинки, охолоджені до наднизьких температур, які можуть служити для зберігання і обробки інформації на квантовому рівні. Але охолодження до наднизьких температур являє собою величезну проблему як для розробки квантових комп’ютерів, так і для їх експлуатації. Саме тому вчені багатьох країн знаходяться в пошуках матеріалів, які можуть виступати в якості сховища квантових бітів при нормальній температурі навколишнього середовища. І ось, вчені-фізики з Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі виявили, що карбід кремнію, відомий напівпровідниковий матеріал, широко застосовуваний в електронній промисловості, має дефекти кристалічної решітки, квантовим станом яких можна легко керувати при кімнатній температурі.

Вченим вдалося з’ясувати, що електрони, захоплені і утримуються всередині дефектів кристалічної структури карбіду кремнію, знаходяться в такому стані, що дозволяє їм перебувати тільки в суворо визначених квантових станах. Використовуючи комбінацію світлового та мікрохвильового випромінювання квантовим станом цих електронів досить легко маніпулювати, тобто записувати, редагувати і зчитувати інформацію. А

ці здібності повністю задовольняють вимогам для використання цих структур в якості квантових бітів, кубітів.

До проведення цих досліджень вченим була відома тільки одна система, яка володіла подібними властивостями і характеристиками при кімнатній температурі. Такою системою був точковий дефект кристалічної структури алмазу, відомий як NV-центр (nitrogen-vacancy center). У цьому центрі атом вуглецю був заміщений атомом азоту, який може так само використовуватися в якості квантового біта. Але алмази, які мають такі дефекти кристалічної решітки досить важко вирощувати і ще більш важко надавати їм необхідну форму для того, що б вбудовувати їх в кристали електронних інтегральних схем.

Високоякісні кристали карбіду кремнію великих розмірів, навпаки, легко вирощуються зараз для потреб електронної промисловості. Властивості цього матеріалу дозволяють легко надавати кристалам будь-яку форму, необхідну для їх інтеграції в електронні, оптоелектронні і електромеханічні пристрої. Крім цього, для маніпуляцій з квантовим станом квантових бітів всередині карбіду кремнію використовується інфрачервоний світло такого діапазону, який використовується дуже широко в сучасних телекомунікаційних мережах та обладнанні.

Всі перераховані вище властивості карбіду кремнію роблять

цей матеріал одним з претендентів на використання в квантових комп’ютерах майбутнього.

Але тим не менш, не варто забувати, що існує ще безліч інших матеріалів, що мають подібні дефекти кристалічної структури, які можуть мати ще більш цікавими характеристиками з точки зору квантової фізики.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *