Квантовые компьютеры считаются одной из главных движущих сил, меняющих будущее технологий, но размещение хрупких квантовых явлений на чипах и обеспечение их работы в больших масштабах всегда представляло собой сложную научную задачу. Недавно исследовательская группа из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Австралии совершила прорыв: впервые им удалось заставить атомные ядра образовывать квантовую запутанность на кремниевом чипе и «общаться» друг с другом на расстоянии 20 нанометров, что открывает путь к практическому применению квантовых компьютеров.
Оглавление
Что такое квантовая запутанность?
Квантовая запутанность подобна паре синхронизированных близнецов: даже на больших расстояниях действия одного человека могут мгновенно повлиять на другого. Это явление позволяет квантовым компьютерам обрабатывать огромные объемы данных одновременно, что делает их в несколько раз быстрее традиционных компьютеров. Однако достижение запутанности между атомными ядрами на кремниевом чипе — непростая задача. В прошлом атомные ядра должны были делить один и тот же электрон, чтобы взаимодействовать друг с другом, подобно тому, как люди в одной комнате могут вести четкий разговор; как только комната заполнена, расширить ее становится сложно.
Революционный «электронный телефон»
Инновация команды из UNSW заключается в том, что они больше не полагаются на общие электроны между атомными ядрами, а используют «диффузионную способность» электронов в качестве сигнального моста. Даже когда два атомных ядра находятся на расстоянии около 20 нанометров друг от друга (что эквивалентно одной тысячной ширины человеческого волоса), они все равно могут установить стабильную связь посредством электронов. Исследователи описывают это так: раньше атомные ядра были подобны запертым в звукоизолированной комнате, способным общаться только внутри этой комнаты; теперь же это как телефон, позволяющий им общаться между комнатами.
Совместимость с существующими процессами производства микросхем.
Расстояние в 20 нанометров точно соответствует масштабам производства современных компьютерных и мобильных чипов. Это означает, что будущие квантовые компьютеры можно будет производить серийно, используя существующие полупроводниковые технологии, без необходимости перепроектирования производственного процесса. Для полупроводниковой промышленности это значительно повышает вероятность перехода квантовых компьютеров из лаборатории на рынок. Команда из UNSW заявила, что этот метод стабилен и масштабируем, и в будущем можно будет добавить больше электронов и атомных ядер для достижения более масштабных квантовых вычислений.
Атомный ядерный спин: основа квантовых вычислений
Команда использовала спины ядер фосфора в кремниевых пластинах для хранения квантовой информации. Спин является ключевым ресурсом для квантовых компьютеров, позволяющим превзойти традиционные компьютеры. Исследование показывает, что квантовая информация может храниться в этих спинах более 30 секунд, а частота ошибок квантовых логических операций составляет менее 1%, что доказывает стабильность и изолированность этих атомных спинов, делая их идеальными носителями для квантовых вычислений.
Как электроны превращаются в сигнальные мосты
Хотя электроны — это крошечные частицы, они могут распространяться в пространстве и взаимодействовать с множеством атомных ядер. Исследователи сравнивают их с людьми в звукоизолированной комнате, которые могут общаться только внутри помещения; теперь же электроны подобны телефонам, позволяя им общаться на расстоянии. Этот метод преодолевает ограничение, согласно которому атомные ядра должны делить один электрон, и является ключом к достижению масштабируемости кремниевых квантовых компьютеров.
Вызовы и перспективы на будущее
Даже при достижении квантовой запутанности на уровне микросхем, для создания квантовой системы, сравнимой с суперкомпьютером, по-прежнему требуются сотни или тысячи стабильных кубитов. Основная проблема заключается в масштабировании при сохранении низкой частоты ошибок. Однако данное исследование демонстрирует возможность создания квантовых микрочипов с использованием существующих полупроводниковых технологий, приближая крупномасштабные квантовые компьютеры к реальности.
заключение
Прорыв, сделанный UNSW, знаменует собой важный шаг вперед для квантовых вычислений: атомные спины могут запутываться и взаимодействовать друг с другом на уровне чипа, предоставляя новый подход к масштабируемым квантовым компьютерам. По мере дальнейшего развития технологии ожидается, что квантовые компьютеры действительно интегрируются в повседневную жизнь, преобразуя способы выполнения вычислений и технологический ландшафт.
Источник:
- «Расширяемая запутанность ядерного спина, опосредованная электронным обменом», Холли Г. Стемп, Марк Р. ван Бланкенштейн, Серван Асаад, Матеуш Т. Мондзик, Бенджамин Джокер, Ханнес Р. Фиргау, Арне Лаухт, Фэй Э. Хадсон, Эндрю С. Дзуох и Эндрю Н.Дж.А. Дж. Морелло, 18 сентября 2025 г., Science.
- “Like Talking on the Telephone” – Quantum Breakthrough Lets Individual Atoms Chat Like Never Before
- Как близнецы, синхронно работающие! Атомные ядра впервые успешно достигли квантовой запутанности внутри кремниевой пластины.
Что касается измельчения, мы предлагаем индивидуальные настройки и можем регулировать соотношение в соответствии с требованиями обработки для достижения максимальной эффективности.
Добро пожаловать, свяжитесь с нами, у нас есть кто-то, кто ответит на ваши вопросы.
Если вам нужна индивидуальная расценка, пожалуйста, свяжитесь с нами.
Часы работы службы поддержки клиентов: с понедельника по пятницу с 09:00 до 18:00.
Тел: 07 223 1058
Если у вас есть какие-либо вопросы или вопросы, на которые вы не смогли ответить по телефону, пожалуйста, отправьте мне личное сообщение на Facebook~~
Фейсбук Хоневэй: https://www.facebook.com/honwaygroup
Вас также может заинтересовать…
[wpb-random-posts]
