Эрбий — главный кандидат для создания квантового компьютера

Поскольку новые экспериментальные результаты были получены без сложного охлаждения и основаны на существующих технологиях производства полупроводников, этот метод кажется подходящим для больших сетей.

Когда квантовые компьютеры подключаются к сети, возникают совершенно новые возможности — по аналогии с Интернетом, состоящим из взаимосвязанных классических компьютеров. Такую квантовую сеть можно реализовать, запутав отдельные носители квантовой информации, так называемые кубиты, друг с другом с помощью света. Кубиты, в свою очередь, могут быть построены из отдельных атомов, изолированных друг от друга, но встроенных в основной кристалл.

Группа исследователей из Института квантовой оптики Макса Планка (MPQ) в Гархинге и Технического университета Мюнхена продемонстрировала реальный способ построения квантовой сети с использованием атомов эрбия в кристалле кремния. Это означает, что та же технология, что и в классических компьютерах, может также использоваться для квантовых компьютеров и их сетей ( Physical Review X, «Узкие оптические переходы в кремниевых волноводах, имплантированных эрбием»).

Низкие потери и сильная когерентность

Новая технология основана на внедерении атомов эрбия в кристаллическую решетку кремния специальным образом при определенных условиях.

«Из более ранних экспериментов стало известно, что эрбий обладает хорошими оптическими свойствами для такого применения», — говорит доктор Андреас Рейзерер, глава исследовательской группы Otto Hahn Quantum Networks в MPQ: «Атомы этого редкоземельного элемента излучают инфракрасный свет на длине волны около 1550 нанометров — именно того спектрального диапазона, который используется для передачи данных по оптоволоконным кабелям. При распространении луча в светопроводящем волокне с включением эрбия потери мощности сигнала оказались очень низкие.

«Кроме того, свет, излучаемый эрбием, обладает превосходной когерентностью», — отмечает Райзерер. Это означает, что отдельные пакеты волн находятся в стабильном фазовом отношении друг к другу, что является необходимым условием для хранения и передачи квантовой информации.

«Эти характеристики делают эрбий главным кандидатом для создания квантового компьютера или для использования в качестве носителя информации в квантовой сети», — подчеркивает Рейзерер.

Внедрить атомы эрбия в упорядоченном виде в кристаллическую решетку кремния представляет сложную технологическую задачу. К тому же атомы этого редкоземельного элемента должны быть зафиксированы в определенных позициях относительно атомов кремния.

«Мы выбрали для этого кремний, потому что он уже используется в классических полупроводниках, составляющих основу нашего информационного общества», — объясняет физик. «А получение кристаллов кремния высокого качества и чистоты сегодня доступно для промышленности».