Лучшие друзья интернета: как алмазы помогут создать квантовую сеть будущего

«Алмазные» кубиты

Информация в обычных компьютерах хранится и передаётся в виде набора нулей и единиц — так называемых битов. Иной способ предлагает квантовый компьютер. В нём информация содержится и передаётся в кубитах — комбинациях битов, помноженных на комплексные числа. Это позволяет значительно расширить объём информации, которым способно оперировать устройство, подчиняющееся законам квантовой физики. Квантовые системы могут молниеносно решать практически любые поставленные перед ними задачи и передавать гигантские объёмы информации.

В течение последних нескольких лет учёные ищут эффективные способы хранения и передачи информации на большие расстояния с помощью квантовых сетей. В привычной нам сотовой связи для передачи данных применяются ретрансляторы — специальные устройства, усиливающие сигналы. Однако, чтобы создать квантовые ретрансляторы, учёным было необходимо подобрать главный «компонент», который бы хранил и передавал кубиты.

Ранее исследователи предложили использовать для переноса информации, хранящейся в кубитах, фотоны. Но быстро выяснилось, что эти движущиеся со скоростью света частицы крайне проблематично уловить и удержать.

В новом эксперименте американские учёные из Принстонского университета (США) показали, что алмазы могут стать главной составляющей квантовых ретрансляторов.

По квантовым законам

Изучив кристаллическую решётку алмаза, американские специалисты пришли к выводу, что именно в твердотельном материале кубиты можно перенести с фотонов на более «послушные» электроны. Однако для выполнения такой операции алмаз должен быть «несовершенным», а именно два атома углерода должны быть заменены одним атомом кремния.

«Ранее учёные нашли необычное применение алмазам, заменив некоторые атомы углерода на азот и создав кристалл времени. Мы же заменили в кристаллической решётке минерала два атома углерода одним атомом кремния, что сделало алмазы пригодными для хранения и передачи информации по квантовой сети», — сообщила автор исследования Натали де Леон.

Получившиеся алмазы позволят передавать данные с помощью фотонов, а также хранить их с помощью электронов. В результате квантовые компьютеры смогут эффективно и быстро решать самые сложные математические и физические задачи, а также передавать информацию по скоростной сети интернет.

• Квантовый компьютер © Stephen Lam
• Reuters

В беседе с RT руководитель группы «Квантовые симуляторы» Российского квантового центра кандидат физико-математических наук Алексей Акимов отметил, что вариант использования алмазов для создания квантовых сетей представляется самым перспективным.

Также по теме

Продукт «передовых идей»: какие задачи будет решать новый российский суперкомпьютер

В подмосковной Дубне заработал новый суперкомпьютер — третий по мощности в России. Лаборатория информационных технологий Объединённого...

«При этом можно использовать алмазы, чтобы контролировать фотоны. Важно, что в алмазную решётку могут встраиваться атомы кремния, образуя «дефекты» — особые центры, потенциально пригодные для создания устройств, подчиняющихся законам квантовой физики», — подытожил Акимов.

По словам учёного, ранее для создания полноценных квантовых компьютеров не хватало понимания природы некоторых физических явлений.

«Так, если система работает на 1—3 кубитах, то её поведение более-менее предсказуемо. Но как только мы объединяем десятки и сотни кубитов, возникают новые эффекты, непонятные учёным. Теперь некоторые из них американские специалисты изучили, но многие ещё предстоит исследовать», — подчеркнул Акимов.

Учёный добавил, что квантовые сети могут появиться в течение ближайших десятилетий, дав начало новому, квантовому интернету.