Ученые создали транзистор для квантового компьютера

Ученые из Национального института стандартов и технологий NIST (штат Мэриленд, США) создали одноатомный транзистор. Такие устройства позволят создать компьютеры нового поколения с беспрецедентно высоким объемом памяти и мощностью. Статья размещена в журнале Advanced Functional Materials. 

Физикам удалось создать устройства размером с один атом, а затем изготовить серию одноэлектронных транзисторов с атомным контролем масштаба геометрии устройства. 

В своем исследовании ученые продемонстрировали, что могут точно регулировать скорость, с которой отдельные электроны протекают через физический зазор или электрический барьер в транзисторе — даже если физические законы запрещают электронам делать это, потому что им не хватает энергии. Это строго квантовое явление, известное как квантовое туннелирование, становится возможным только когда зазоры чрезвычайно малы, — например, в миниатюрных транзисторах. 

Контроль скорости электронов является ключевым свойством миниатюрных транзисторов, поскольку она влияет на их способность создавать квантовую запутанность. 

Чтобы создать такое устройство, команда покрыла кремниевую подложку слоем атомов водорода. Затем удалила с помощью туннельного микроскопа (scanning tunneling microscope, STM) отдельные атомы с последующим воздействием газообразного фосфена на нагретую кремниевую поверхность, который обеспечивает атомно-точное (± 3, 8 Å) включение донора фосфора во все слои. Водород хорошо связывается с кремнием и выступает диэлектриком, а места, где атомы были удалены и включены атомы фосфора, обеспечили контролируемую проводимость.  

Поскольку квантовое туннелирование является основополагающим для любого квантового устройства, включая построение кубитов, способность контролировать поток одного электрона за раз является значительным достижением.  

Атомарный транзистор делает возможным использование спиновой электроники - передачи тока спинов электронов. Именно изменение ориентации спина электронов донорного атома вещества позволяет кодировать так называемый квантовый бит, или «кубит» информации. 

«Мы считаем, что наш метод нанесения слоев обеспечивает более стабильные и точные устройства атомного масштаба. Это сложный процесс, но мы наметили шаги, чтобы другим командам не приходилось действовать методом проб и ошибок», - заявил ведущий автор исследования Сицяо Ванг (Xiqiao Wang). 

Напомним, первый одноатомный транзистор был создан еще в 2009 году. Австралийские и финские ученые разработали транзистор, активной частью которого является всего лишь один атом — фосфора, — внедренный в кремниевую матрицу. 

В 1918 году Макс Планк открыл квант,  а Альберт Эйнштейн в 1921 году фотон. Идея  создания квантового компьютера зародилась  в 1980 году, когда было доказана истинность  квантовой теории. С тех пор ведутся активные работы по созданию квантового компьютера.

Квантовые компьютеры позволят производить сверхбыстрые и сверхсложные вычисления во вселенной, усовершенствовать криптографию, моделировать процесс Габера-Боша - способ искусственного производства аммиака и других "невозможных" химических реакций и др.

Читайте также: Международная система мер и весов претерпела большие изменения

Фото: TechCrunch, RQC Российский Квантовый Центр