Вчені створили транзистор для квантового комп'ютера

Вчені з Національного інституту стандартів і технологій NIST (штат Меріленд, США) створили одноатомний транзистор. Такі пристрої дозволять створити комп'ютери нового покоління з безпрецедентно високим обсягом пам'яті і потужністю. Стаття розміщена в журналі Advanced Functional Materials. 

Фізикам вдалося створити пристрої розміром з один атом, а потім виготовити серію одноелектронних транзисторів з атомним контролем масштабу геометрії пристрою.

У своєму дослідженні вчені продемонстрували, що можуть точно регулювати швидкість, з якою окремі електрони протікають через фізичний зазор або електричний бар'єр в транзисторі - навіть якщо фізичні закони забороняють електронам робити це, тому що їм не вистачає енергії. Це строго квантове явище, відоме як квантове тунелювання, стає можливим лише тоді, коли зазори надзвичайно малі, - наприклад, в мініатюрних транзисторах.

Контроль швидкості електронів є ключовою властивістю мініатюрних транзисторів, оскільки вона впливає на їх здатність створювати квантову заплутаність.

Щоб створити такий пристрій, команда покрила кремнієву підкладку шаром атомів водню. Потім видалила з допомогою тунельного мікроскопа (scanning tunneling microscope, STM) окремі атоми з наступним впливом газоподібного фосфена на нагріту кремнієву поверхню , який забезпечує атомно-точний (± 3, 8 Å) включення донора фосфору в усі верстви. Водень добре зв'язується з кремнієм і виступає діелектриком, а місця, де атоми були видалені і включені атоми фосфору, забезпечили контрольовану провідність.

Оскільки квантове тунелювання є основоположним для будь-якого квантового пристрої, включаючи побудову кубітів, здатність контролювати потік одного електрона за раз є значним досягненням.

Атомарний транзистор робить можливим використання спінової електроніки - передачі струму спінів електронів. Саме зміна орієнтації спіна електронів донорного атома речовини дозволяє кодувати так званий квантовий біт, або «кубіт» інформації. 

«Ми вважаємо, що наш метод нанесення шарів забезпечує більш стабільні і точні пристрої атомного масштабу. Це складний процес, але ми намітили кроки, щоб іншим командам не доводилося діяти методом проб і помилок», - заявив провідний автор дослідження Сіцяо Ванг (Xiqiao Wang).

Нагадаємо, перший одноатомний транзистор був створений ще в 2009 році. Австралійські та фінські вчені розробили транзистор, активною частиною якого є всього лише один атом - фосфору, - впроваджений в кремнієву матрицю.

У 1918 році Макс Планк відкрив квант, а Альберт Ейнштейн в 1921 році фотон. Ідея  створення квантового комп'ютера зародилася  в 1980 році, коли було доведено істинність 
квантової теорії. З тих пір ведуться активні роботи зі створення квантового комп'ютера.

Квантові комп'ютери дозволять здійснювати надшвидкі і надскладні обчислення у всесвіті, удосконалити криптографію, моделювати процес Габера-Боша - спосіб штучного виробництва аміаку та інших "неможливих" хімічних реакцій та ін.

Читайте також: Міжнародна система мір і вагів зазнала великих змін

Фото: TechCrunch, RQC Российский Квантовый Центр