Дослідники розробили квантову пам’ять на основі ітербію

Вчені з Женевського університету розробляють новий накопичувач інформації для квантового комп’ютера. Для цього вони використовують матеріал на основі рідкісноземельного елементу ітербію, який здатний змінювати свою структуру не під дією електричного струму, а коштом взаємодії з частинками світла.

Рідкісноземельні елементи

Рідкісноземельні елементи повністю виправдовують свою назву. Головна їхня цінність полягає у тому, що на Землі вони зустрічаються вкрай рідко. До них відносяться сімнадцять елементів періодичної таблиці: 14 з родини лантаноїдів, а також лантан, скандій та ітрій. Що ж до практичного застосування, то зараз нараховується близько 100 різних галузей у яких ці речовини використовуються. Переважно це електроніка, складна хімія та техніка, пов’язана з магнітами.

Чистий ітербій
Шматок чистого ітербію вагою 2 грами. Джерело: CC BY 3.0

Найбільше серед рідкісноземельних матеріалів використовуються церій, ітрій та лантан. Що стосується ітербію, то донедавна цей сріблястий метал використовувався переважно у лазерній та ядерній техніці. Однак 2016 року вчені змогли за допомогою лазера та магнітних пасток привести ітербій у новий стан речовини – часовий кристал, у якому структура періодично самостійно змінюється. На основі цього відкриття був створений найточніший у світі годинник.

Квантова пам’ять

Аж ось для ітербію знайшлося нове застосування. Справа у квантовому комп’ютері. Цей пристрій заснований на принципах квантової механіки та теоретично здатний здійснювати розрахунки на кілька порядків швидше, ніж комп’ютер електронний. Однак вже не один рік його розвиток переживає стагнацію.

Кремнієвий квантовий чип
Кремнієвий квантовий чип. Джерело: TU Delft

І одна з головних причин цього – сигнали, що передаються фотонами оптичними провідникам, виявляється практично неможливо скопіювати чи записати. Звичайно, такий стан речей виглядає гарною особливістю з точки зору безпеки, однак для розробників власне квантових комп’ютерів та програмного забезпечення це становить неабияку проблему.

Фактично, досі у квантовому комп’ютері залишався відсутнім важливий компонент – квантова пам’ять. Не була відома речовина, яка могла б включати у свою структуру фотони так, щоб інформація, яка передається з їх допомогою зберігалася б. Матеріал цей не повинен випускати з себе фотони, однак за потреби інформацію з нього можна було б легко зчитати.

Ітербієвий кристал для квантової пам'яті
Кристал з рідкісноземельного ітербію використали у якості елемента квантової пам’яті. Систему охолодили до 3 градусів вище абсолютного нуля. Джерело: UNIGE

Досі прототипи квантової пам’яті були створені на основі європію та празеодиму. Вони були недостатньо ефективними, однак дослідники з Женевського університету вирішили, що шукати далі слід саме серед рідкісноземельних елементів. Та ітербій-ітрій-силікатна сполука виявилася саме тим, що вони шукали. Така пам’ять надійно зберігає у собі фотони та легко синхронізується з рештою систем квантового комп’ютера.

Наслідки для розвитку квантової пам’яті

Хоча поки що це лише прототипи, дослідники сповнені оптимізму. Квантовий комп’ютер являє собою головоломку, що містить кілька окремих задач, і вирішення однієї з них дозволяє наблизити час до довгоочікуваної появи квантових комп’ютерів на ринку. Так само, як це колись сталось з електронними машинами.

З іншого боку, вирішення настільки глобальної задачі за допомогою ітрій-ітербієвих сполук може призвести до дійсно неочікуваних результатів. Попит на рідкісноземельні матеріали може різко перевершити їх видобуток. А це, у свою чергу, може серйозно вплинути на світову економіку, або, наприклад, викликати підвищений попит на видобуток того ж ітербію у ближньому космосі, що у свою чергу, викличе потребу в його інтенсивному дослідженні.

Nature Materials (2018), doi: 10.1038/s41563-018-0138-x

Оригінал Дослідники розробили квантову пам’ять на основі ітербію було опубліковано на Science Ukraine.

Джерело та деталі: Дослідники розробили квантову пам’ять на основі ітербію

Місія онлайн-видання Science Ukraine є амбітною та, водночас, важливою для всього суспільства – змінити уявлення про науково-популярну журналістику в Україні; ми створюємо сучасне українське науково-популярне медіа. Ми не абстрагуємось на поверхневій інформації зі ЗМІ, а формуємо та об’єднуємо джерела. Ми навчаємось та навчаємо.

Updated: 02.08.2018 — 14:46
2012 - 2018 © Іменка - RSS новини з сайтів України | Підтримка: Діал інформаційна система | Двигунець: Wordpress | Тема: Frontier