Для работы квантового компьютера недостаточно обычного чистого кремния – нужна его чистейшая версия. В квантовых технологиях может быть использован только один определённый тип атома, и оптимальным вариантом станет материал под названием кремний-28. Правда, получение такого материала долгое время было сложной задачей для учёных.
Физики из США разработали способ производства его в 40 раз более чистым, нежели это было возможно раньше. Что ещё более примечательно, этот процесс может выполняться в лаборатории без использования стандартных образцов, полученных десять лет назад на заводе по производству плутония в Санкт-Петербурге. Таким образом, инновационная технология может решить серьёзную проблему питания в квантовых вычислительных разработках.
Множество наиболее перспективных схем для построения современного квантового компьютера основаны на кремнии. Особое внимание заслуживают "кубиты" (квантовые биты), в которых атомы другого элемента (например, фосфора) встраиваются в крошечный слой сверхчистого кремния-28.
Кубиты – это квантовая замена для бит, единиц и нулей, которые представляют информацию внутри обычного компьютера. Такая технология предвещает начало новой эры вычислений, потому что может одновременно кодировать и единицу, и ноль, позволяя совершать невероятно быстрые и сложные расчёты.
Сложностью кремниевых конструкций является то, что у обычного кремния достаточно много атомов, не являющихся кремнием-28. Почти 8% обычной кремниевой пластины состоит из других изотопов (таких, как кремний-29), что будет создавать помехи в работе квантового чипа и приведёт к декогеренции.
Исследователи, в том числе и один из авторов новой научной работы доктор Джошуа Померой (Joshua Pomeroy), ранее полагались на остатки обогащённого кремния-28 с чистотой 99,99%, изготовленного в России.
Этот образец был использован для кристаллизации 5 килограммов материала стоимостью около миллиона евро для создания совершенных сфер в рамках международного проекта по расчёту числа Авогадро. Отходы, оставшиеся с этого проекта, до сих пор были практически единственным глобальным источником высококачественного кремния.
Доктор Померой и его коллеги показали, что небольшое количество кремния-28, обогащённое до беспрецедентного качества в 99,9998%, может быть получено с использованием оборудования, уже имеющегося во многих лабораториях. Такое оборудование обычно используется для масс-спектрометрии – методики для идентификации вещества по отношению к массе различных атомов, содержащихся в нём. При насыщении ионов кремния большим магнитным полем различные изотопы (атомы кремния с разной массой) могут быть отделены друг от друга, так как тяжёлые атомы более магнитны, нежели лёгкие.
По словам доктора Помероя, это решение оказалось необычайно простым. Теперь его команда производит необычайно чистые тончайшие плёнки кремния-28 – правда, они всё ещё очень малы.
"Гораздо труднее производить чистейший кремний-28 в больших количествах, – говорит учёный. – Однако в данный момент промышленные масштабы и не нужны".
Важно отметить, что по сути, исследователи по всему миру могут производить чистейший кремний-28 в своих лабораториях.
Научная статья была опубликована в издании Journal of Physics D.
Также по теме:
Создана кремниевая бумага для гибких микрочипов
Учёные опробовали космическую квантовую коммуникацию будущего
Физики измерили самую слабую силу, приблизившись к стандартному квантовому пределу
Найден способ ускорить запуск квантовых компьютеров в 72 раза
Квантовая механика помогла измерить гравитационную постоянную с рекордной точностью
