Как известно, что основой квантовых компьютеров, которые только начали появляться в настоящее время, являются квантовые биты, кубиты. С физической точки зрения эти кубиты представляют собой атомы или другие частицы, охлажденные до сверхнизких температур, которые могут служить для хранения и обработки информации на квантовом уровне. Но охлаждение до сверхнизких температур представляет собой огромную проблему как для разработки квантовых компьютеров, так и для их эксплуатации. Именно поэтому ученые многих стран находятся в поисках материалов, которые могут выступать в качестве хранилища квантовых битов при нормальной температуре окружающей среды. И вот, ученые-физики из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре обнаружили, что карбид кремния, известный полупроводниковый материал, широко применяемый в электронной промышленности, имеет дефекты кристаллической решетки, квантовым состоянием которых можно легко управлять при комнатной температуре.
Ученым удалось выяснить, что электроны, захваченные и удерживаемые внутри дефектов кристаллической структуры карбида кремния, находятся в таком состоянии, которое позволяет им находиться только в строго определенных квантовых состояниях. Используя комбинацию светового и микроволнового излучения квантовым состоянием этих электронов достаточно легко манипулировать, т.е. записывать, изменять и считывать информацию. А эти способности полностью удовлетворяют требованиям для использования этих структур в качестве квантовых битов, кубитов.
До проведения этих исследований ученым была известна только одна система, которая обладала подобными свойствами и характеристиками при комнатной температуре. Такой системой являлся точечный дефект кристаллической структуры алмаза, известный как NV-центр (nitrogen-vacancy center). В этом центре атом углерода был замещен атомом азота, который может так же использоваться в качестве квантового бита. Но алмазы, которые имеют такие дефекты кристаллической решетки весьма трудно выращивать и еще более трудно придавать им необходимую форму для того, что бы встраивать их в кристаллы интегральных электронных схем.
Высококачественные кристаллы карбида кремния больших размеров, наоборот, легко выращиваются сейчас для нужд электронной промышленности. Свойства этого материала позволяют легко придавать кристаллам любую форму, требуемую для их интеграции в электронные, оптоэлектронные и электромеханические устройства. Помимо этого, для манипуляций с квантовым состоянием квантовых битов внутри карбида кремния используется инфракрасный свет такого диапазона, который используется очень широко в современных телекоммуникационных сетях и оборудовании.
Все вышеперечисленные свойства и характеристики карбида кремния делают этот материал одним из претендентов на использование в квантовых компьютерах будущего. Но тем не менее, не стоит забывать, что существует еще множество других материалов, имеющих подобные дефекты кристаллической структуры, которые могут обладать еще более интересными характеристиками с точки зрения квантовой физики.
Источник: