Кубит на атоме

В данном материале я попытаюсь понять, что представляет собой кубит построенный на атоме.

В данном материале я попытаюсь понять, что представляет собой кубит построенный на атоме. В Интернете есть статья “Кубит продержался 39 минут при комнатной температуре”. Такой кубит создали в университете Саймона Фрейзера (Канада).  Одним из разработчиков этого кубита является Стефани Симмонс (Stephanie Simmons) из Оксфордского университета. Он и поведал нам об этом чуде.

Как говорится в статье:

“кубиты получили из атомов фосфора, внедрённых в очень чистый кристалл кремния (на фото), путём бомбардировки их магнитными импульсами, чтобы вызвать квантовую суперпозицию”.

Вот фото счастливчиков.

А вот схема установки, на которой ввели в суперпозицию эти атомы фосфора

Установка кажется сложной, но это только на первый взгляд.

Присмотримся к ней

Красным цветом обозначены измерительные приборы. Wavemeter измеряет какие-то параметры волн излучения. Gaussmeter и Magnet control измеряет и контролирует магнитный поток. Если их сигналы не используются для обратной связи, то они в работе установки не участвуют.

Голубым цветом обозначено устройство, обеспечивающее соответствующий магнитный поток через кубит. Оно двигает это магнитное поле относительно кубита, изменяет его силу. Это сложное устройство, но оно для нашего дела не принципиально.

Зеленым цветом обозначено детектирующее (считывающее) устройство. На кубит подается сигнал 114kHz, который проходит через кубит и через емкость в 1микрофараду стробирует себя. Если в кубите изменится состояние, то каким-то образом изменится и считанный сигнал.

Остальная, не окрашенная часть схемы, посвящена тому, чтобы в результате сформировать такой импульс или несколько импульсов, которые после фокусировки на атоме или атомах фосфора смогли бы перевести эти атомы в суперпозицию, иначе в другое состояние. 

Разработчики утверждают, что такой долгожданный и обнадеживающий сигнал появился через 39 минут или исчез, после того как кубит разогрели до комнатной температуры. Хотелось бы знать, как они его разогрели: сразу вытащили из криостата или этот процесс происходил по-другому?  

Но что же это за сигнал?

В прошлом столетии в 60-70 годы в союзе продавали часы со светящимися стрелочками, чтобы можно было видеть время в темное время суток. Стрелочки были покрыты фосфором, который и светился ночью. Но этот свет в темноте все уменьшался и уменьшался, и если часы днем в светлое время суток не держать на свету, то в следующую ночь свечения стрелок может не быть вовсе. То есть требовалась как бы подзарядка. Понятно, что во время этой подзарядки фотоны видимого спектра переводили атомы фосфора в неустойчивое, но близкое к устойчивому, возбужденное состояние. В этом состоянии атом через некоторое время спонтанно излучал фотон видимого спектра, и мы видели свет. Чем ближе возбужденное состояние было к стационарному, тем позже происходило спонтанное излучение. 

Таких спонтанных излучений бесчисленное множество. Посмотрите на химические колебания Белоусова-Жаботинского. Там спектр спонтанных излучений довольно приличный. А какой спектр невидимый, или пока не невидимый, спонтанных излучений даже предположить трудно.

И вот ученым удалось при помощи всяческих ухищрений искусственно сгенерировать излучение, или спектр нескольких излучений, таких, что они перевели атом фосфора в возбужденное состояние, которое продержалось 39 минут. После этого атом спонтанно разродился, чем порадовал научный коллектив. Может быть даже чепчики бросали.

Но какое отношение имеет эта вся работа к квантовому миру и, соответственно, к квантовому компьютеру. Да никакое, ибо квантовый компьютер следует строить на кванте энергии.