Российские ученые создали модель квантового компьютера на алмазе

Модель квантового компьютера на алмазе была недавно создана в совместной лаборатории ФИАН и Российского квантового центра (RQC), сообщается на сайте института.

В данной лаборатории проводятся работы по изучению центров окраски алмаза (NV-центров). Если рассмотреть матрицу углерода (алмаза), где вместо одного углерода в атоме подставлен атом азота, а соседний атом отсутствует, то получившаяся система называется NV-центром. Соответственно, N – азот, а V – вакансия. У NV-центра имеется ось, а проекция спина электрона на эту ось сохраняется и может служить кубитом. Данный спин является суммарным спином всех электронов, задействованных в этой вставке. Соответственно, этот спин можно использовать в качестве квантовой памяти.

По словам кандидата физико-математических наук, руководителя группы квантовых симуляторов и интегрированной фотоники RQC и старшего научного сотрудника ФИАН Алексея Акимова, можно создавать состояние с проекцией 0, с проекцией 1 на эту ось или суперпозицией «0+1». При этом 0 и 1 будут представлены в суперпозиции с каким-то весом. Состояние NV-центра можно определять по его свечению. Например, если он находится в состоянии 0, тогда он светится более ярко; соответственно, в состоянии 1 он светится менее ярко.
Помимо этого, имеется возможность манипулирования состоянием при помощи радиочастотного поля. Прикладывая импульс между двумя состояниями – 0 и 1, можно получать промежуточные состояния или полный переход из одного состояния в другое. Все это зависит от длительности импульса, которая, как правило, составляет порядка десятков наносекунд.

Как отмечает Акимов, это было бы не так интересно, если бы нельзя было использовать ядерный спин. Благодаря тому, что NV-центр и ядерный спин ¹³С могут находиться рядом, между ними возникает магнитное взаимодействие, позволяющее переписывать информацию с электронного на ядерный спин и обратно. Ввиду этого ядерный спин намного меньше взаимодействует с внешним миром, является более изолированной и более долговременной памятью. В этом спине информация может храниться гораздо дольше (пока что это время доходит до нескольких секунд).

По словам ученых, возможность проводить вычисления по законам квантовой механики предоставляет огромное поле новых возможностей для физиков, математиков и программистов, однако при этом новые алгоритмы вычисления привносят и новые правила игры. Например, стойкий с классической точки зрения алгоритм шифрования RSA становится уязвимым перед квантовым алгоритмом Шора, который способен разложить простое число на множители гораздо быстрее классических алгоритмов, за время, сопоставимое с умножением этих самых простых чисел (один из самых распространенных и безопасных способов шифрования RSA базируется как раз на использовании разложения на простые множители).