Вуглецеві нанотрубки можуть стати кубітами майбутніх квантових комп'ютерів
Практично у всіх дослідженнях, пов'язаних з квантовими обчисленнями та квантовими комп'ютерами, вчені в якості квантових бітів (кубітів) використовують заряджені частинки, спіймані і утримувані в електромагнітних пастках. Ці заряджені частинки, будь це крихітні електрони або величезні ядра атомів важких елементів, надзвичайно чутливі до зовнішніх електромагнітних втручанням ззовні, тому такі системи не дуже стабільні і потребують дуже ретельної екранування і електромагнітної захисту. Вчені-фізики з Технічного університету Мюнхена (Technische Universitaet Muenchen, TUM) у своїх дослідженнях пішли дещо іншим шляхом, вони виявили, що в якості кубітів квантових комп'ютерів можна використовувати вуглецеві нанотрубки.
Інформація в таких нанотрубочних кубітах може зберігатися і оброблятися у вигляді механічних коливань збудженої особливим чином нанотрубки. Так як вуглецеві нанотрубки та інші наномеханические пристрої не мають електричного заряду, вони набагато менш чутливі до зовнішніх електромагнітних впливів, ніж заряджені частинки, а комп'ютери, що використовують квантово-механічні ефекти і явища можуть володіти більшою стабільністю, ніж їх побратими на основі заряджених частинок, забезпечуючи при цьому продуктивність, у багато разів перевершує продуктивність сучасних кремнієвих комп'ютерів.
Для того, щоб використовувати вуглецеву нанотрубку як квантового біта, її закріплюють з обох кінців, залишаючи середню частину вільної. Возбуждаемая особливим чином, ця нанотрубка коливається з певною частотою як натягнута струна гітари, і робить це протягом досить тривалого проміжку часу.
"Можна було очікувати, що коливання такої системи згаснуть досить швидко" - розповідає Саймон Ріпс (Simon Rips), один з учених, брав участь в даних дослідженнях, - "Але, фактично, нанотрубка здійснює близько мільйона коливань, що відбувається з урахуванням частоти її коливання протягом однієї секунди часу. Такого часу з великим запасом достатньо для того, щоб використовувати коливання нанотрубки для зберігання і обробки квантової інформації".
Така нанотрубочная "струна" може коливатися відразу в декількох просторово-енергетичних станах, які є еквівалентом квантових станів заряджених частинок. Для того, щоб систематизувати коливання наотрубки вченим довелося вдатися до хитрощів, за рахунок комбінації створюваних електричних полів коливальна система може приймати тільки два стани. У цьому випадку інформація може бути записана і лічена з допомогою досить традиційних оптико-електричних методів.
"В основі нашої ідеї лежать доступні технології, які не потребують особливих витрат і складних технологічних прийомів для їх реалізації" - розповідає Міхаель Хартманн (Michael Hartmann), вчений, який очолює дослідницьку групу квантової оптики і квантової динаміки (Emmy Noether research group Quantum Optics and Quantum Dynamics) у Технічному університеті Мюнхена, - "Ми сподіваємося, що наші дослідження зроблять на крок ближче момент появи реальних квантових комп'ютерів".