Учені перетворили світло в рідину заради поліпшення роботи квантових комп'ютерів

Учені виявили, що електроенергія, перетворена в "рідке світло", змусить квантові комп'ютери працювати при кімнатній температурі.

Про це відкриття повідомило видання Interesting Engineering.

Більшість квантових комп'ютерів здатні працювати лише за температури нижче -200 ° C, а будь-яке підвищення призводить до неминучого руйнування кубітів і збоїв при обчисленнях, тому обладнання охолоджують приблизно до -270 ° C за допомогою рідкого гелію або азоту. У теорії, якщо тендітні електрони замінити екситонними поляритонами (квазічастинками, що складаються зі світла з матерії, їх ще називають "рідким світлом", — ред.), то в результаті "рідке світло" зможе переносити електроенергію через мікросхеми будь-якого електронного пристрою і виступати носієм інформації.

Команда вчених на чолі з Олексієм Кавокіним, професором університету Саутгемптона, створила платформу для квантових обчислень і спеціальний поляритонний лазер, який робить можливим створення кубітів шляхом так званої бозе-ейнштейнівської конденсації за кімнатної температури. Для цього необхідно лише опромінити лазером штучні порожнисті структури з напівпровідників.

Нещодавно ж Олексію Кавокіну і його колегам уперше вдалося експериментально спостерігати, як конденсат Бозе-Ейнштейна (агрегатний стан речовини, основу якої становлять бозони, охолоджені до температур, близьких до абсолютного нуля. У такому стані більшість атомів опиняються у своїх мінімально можливих квантових станах і квантові ефекти починають проявлятися на макроскопічному рівні, — Вікіпедія) утворюється в найтоншому напівпровіднику у світі — атомарному тонкому кристалі диселеніду молібдену (MoSe2). Завдяки цьому пристрій під назвою Polariton дозволить обробляти величезні потоки даних зі швидкістю, близькою до швидкості світла.

"Локалізація світла в такому тонкому шарі була досягнута вперше. Це дослідження може призвести до винаходу нових типів лазерів на основі двовимірних кристалів, що дозволяють створювати кубіти — квантові транзистори, які лежать в основі квантового комп'ютера, що працює на "рідкому світлі", — пояснив Кавокін у статті, яку цитує EurekAlert.

Він додав, що квантові комп'ютери називають "атомною бомбою 21 століття" через величезні перспективи. Нові пристрої для обчислень відкривають можливість не тільки здійснювати наукові відкриття, але також проводити потужні хакерські атаки і зламувати будь-які коди. Тому зараз фізикам потрібно зосередитися як на обчислювальній потужності, так і на квантовому криптографічному захисту.

У той же час, створення "рідкого світла" при кімнатній температурі може призвести до цікавих відкриттів в електроніці, медицині, зберіганні даних і багатьох інших галузях. У 2016 році в Кембриджському університеті вже створили поляритонний перемикач, здатний передавати електрооптичні сигнали з високою швидкістю. Це пристрій на основі "рідкого світла" може подолати фізичні і технічні обмеження, з якими стикаються сучасні транзисторні мікросхеми.

Існує ймовірність, що "рідке світло" можна зберігати для використання в майбутньому — сучасні батареї не можуть довго зберігати велику кількість енергії. Дослідники з Інституту CNR і Політехнічного інституту Монреаля також припускають, що технологія рідкого світла може призвести до розробки більш досконалих та ефективних версій лазерного обладнання, комп'ютерів, сонячних панелей та електронних пристроїв на основі світлодіодів.

Раніше вчені зібрали квантовий комп'ютер на основі оптоволокна, який може працювати за кімнатних температур. Такі технології раніше поступалися надпровідникам, однак, спеціальний алгоритм значно скоротив різницю між ними.

Писали також, що інженери знайшли спосіб керувати надпотужними квантовими комп'ютерами за допомогою "магнітної вуздечки". Вони замінили дроти на кристали, які довше зберігають працездатність кубітів.