Группа исследователей компании Hitachi, работающих в Кембриджском Университете в Великобритании, сообщает о разработке кремниевого полупроводникового устройства, в котором информация записывается не в виде привычных нам уровней напряжения, а в виде «квантовых бит» — кубит. Таким образом, Hitachi заявляет о первом шаге на пути к созданию квантового вычислительного устройства в привычном полупроводниковой промышленности материале – кремнии.

В отличие от единицы информации «бит», используемой в современных цифровых устройствах, где данные кодируются двумя разными уровнями напряжения, соответствующими «0» и «1», информация в кубите может быть записана как произвольная суперпозиция двух квантовых состояний, соответствующих «0» и «1» — то есть, в одном кубите может быть, в теории, бесконечно большее количество информации, чем в обычном бите. Кроме того, квантовым битам свойственно так называемое «перепутанное состояние», когда оперируя над одним кубитом, меняется волновая функция и состояние второго.

Ранее, кубиты уже выполнялись на основе арсенида галлия, но время декогерентизации (время, в течение которого сохраняется состояние кубита) было очень малым. Ученые Hitachi продемонстрировали, что изолированная двойная квантовая точка (наноскопическая пространственная неоднородность), созданная на кремниевом кристалле, проявляет себя как кубит с временем декогерентизации, в 100 раз большем, чем предыдущая реализация в арсениде галлия. Методика создания квантовых точек уже отработана и может быть использована в стандартных КМОП-процессах.

Одного лишь создания кубита для построения квантового компьютера недостаточно, и кембриджская команда Hitachi произвела все базовые операции – «инициализации» (записи квантового состояния кубита), «манипуляции» — с помощью электронных затворов и «измерения» (финального квантового состояния) – с использованием одноэлектронных транзисторов.

Результаты своей работы ученые Hitachi изложили в августовском номере журнала Physical Review Letters, и на международном симпозиуме по основам квантовой механики в свете новой технологии (International Symposium on Foundations of Quantum Mechanics in the Light of New Technology), которая прошла в Японии в августе.