Australijos mokslininkai pasiekė proveržį kvantinės fizikos srityje, kuris gali pakeisti mūsų supratimą apie ateities elektroniką. Jiems pavyko sukurti metodą, leidžiantį atomams bendrauti per atstumą, prilygstantį tūkstančiams kilometrų, bet nanoskalėje.
Šis atradimas gali padėti kvantiniams kompiuteriams tapti prieinamiems už laboratorijos ribų. Pasitelkdami elektronus kaip tarpininkus, tyrėjai sukūrė kvantinį ryšį tarp fosforo atomų, esančių itin švaraus silicio struktūroje. Tai pirmas kartas, kai pavyko pasiekti tokį rezultatą nesuvedant atomų itin arti vienas kito. Ši technologija gali išspręsti esminę kvantinių procesorių plėtros problemą.
Mokslininkai pabrėžia, kad naujasis metodas yra suderinamas su dabartinėmis puslaidininkių gamybos technologijomis. Tai reiškia, jog šis pasiekimas ateityje gali būti pritaikytas masinėje gamyboje ir netgi panaudotas mūsų telefonuose.
Elektronai kaip kvantiniai tarpininkai
Iki šiol kvantinis susietumas galėjo būti sukurtas tik tada, kai atomų branduoliai buvo labai arti vienas kito. Australų komanda šią kliūtį įveikė, pasitelkdama elektronų gebėjimą sąveikauti per didesnį atstumą.
Elektronai geba tarsi „išsiplėsti“ erdvėje ir susisiekti net su toliau esančiais branduoliais. Kai kiekvienas elektronas susietas su skirtingu branduoliu, tarp jų galima užmegzti ryšį, primenantį kvantinį telefoną. Eksperimente atstumai siekė apie 20 nanometrų, tai labai daug mikrolygiu.
Kad būtų lengviau įsivaizduoti, mokslininkai palygino mastelį su žmonėmis, tai jei branduoliai būtų žmogaus dydžio, jų atstumas prilygtų kelionei iš Sidnėjaus į Bostoną.
Pasiekti rezultatai
Eksperimento metu buvo atlikta dviejų kubitų loginė operacija tarp fosforo atomų branduolių. Pavyko sukurti vadinamąją „Bello“ būseną, tai kvantinio susietumo formą su 76 proc. tikslumu. Kvantiniame pasaulyje, kur kiekvienas trikdis gali sutrikdyti rezultatą, tai laikoma solidžiu pasiekimu.
Branduolio sukinys yra laikomas vienu stabiliausių kvantinių objektų kietojoje medžiagoje. Todėl tokie rezultatai rodo didelį potencialą kurti patikimus kvantinius įrenginius. Be to, elektronų judėjimą galima palyginti lengvai valdyti, todėl ateityje planuojama didinti jų skaičių ir taip dar labiau išplėsti ryšio galimybes.
Iki šiol atominiai branduoliai galėjo bendrauti tik „uždaruose kambariuose“. Naujas metodas prilyginamas telefonui, leidžiančiam kalbėtis tarp skirtingų kambarių, kas išsprendžia didelės apimties sistemų kūrimo problemą.
Suderinamumas su pramone
Svarbiausia, kad ši technologija atitinka dabartines puslaidininkių gamybos normas. Šiuolaikiniai tranzistoriai, esantys mūsų telefonuose, yra tokio paties dydžio, kaip ir atstumas tarp susietų atomų. Tai reiškia, jog atradimas gali būti lengvai pritaikytas esamoms gamybos linijoms.
UNSW mokslininkai šioje srityje dirba daugiau nei 15 metų. Jie jau anksčiau įrodė, kad kvantinę informaciją galima išlaikyti net 30 sekundžių, tai nepaprastai ilgas laikas kvantinėje fizikoje. Dabar atrasta elektronų panaudojimo technika gali atverti duris masinei kvantinių procesorių gamybai.
Šis pasiekimas rodo, kad riba tarp klasikinės elektronikos ir kvantinių technologijų sparčiai nyksta. Elektronai kaip kvantiniai jungikliai gali tapti pagrindu praktiniams kompiuteriams kvantiniams, kurie vieną dieną atsidurs net mūsų išmaniuosiuose telefonuose.
