Ученые из Манчестерского и Мельбурнского университетов создали усовершенствованную версию кремния, который является ключевым элементом для производства кубитов — основных единиц квантовых компьютеров. Результаты исследования опубликованы в журнале Communications Materials от Nature.
Исследование было выполнено на основе методики, разработанной основоположником ядерной физики Эрнестом Резерфордом. Ученые сумели получить сверхчистую форму кремния, открывая новые перспективы для развития квантовых вычислений.
Кремний играет роль фундаментального «кирпичика» в построении квантового компьютера, который может значительно расширить возможности в области обработки данных, помогая решать сложные проблемы, такие как изменение климата и вопросы здравоохранения.
Одна из главных трудностей в разработке квантовых компьютеров заключается в том, что кубиты, являющиеся строительными блоками квантовых вычислений, очень чувствительны и требуют стабильной среды для сохранения информации. Любые малейшие изменения окружающей среды, включая температурные колебания, могут привести к ошибкам в работе компьютера.
Еще одной проблемой является размер кубитов, как в плане физических размеров, так и в плане вычислительной мощности. Для того чтобы квантовый компьютер функционировал полноценно, необходимо около 1 миллиона кубитов, что обеспечивает невиданные ранее возможности.
Благодаря своим полупроводниковым свойствам, кремний является основой для вычислительной техники, и ученые полагают, что он может стать ключевым в развитии квантовых компьютеров. Естественный кремний состоит из трех изотопов: кремния-28, -29 и -30. Однако Si-29, составляющий около 5% кремния, вызывает «ядерный триггер», который заставляет кубит терять информацию.
В Манчестерском университете ученые разработали методику удаления изотопов кремния-29 и -30, что делает кремний идеальным материалом для создания квантовых компьютеров больших масштабов и с высокой точностью. Полученный результат, самый чистый кремний в мире, открывает дорогу для создания миллиона кубитов, которые могут быть размером с головку булавки.
Результаты этого исследования представляют собой значительный прорыв в науке и могут оказать влияние на будущее квантовых вычислений. Рави Ачарья, один из ученых проекта, объяснил: «Способность создавать высококачественные кремниевые кубиты была ограничена из-за нечистоты кремниевого сырья. Достигнутая нами чистота решает эту проблему».
Эта новая форма кремния может способствовать развитию масштабируемых квантовых компьютеров, способных обрабатывать данные на значительно большем уровне. Квантовые вычисления, отличающиеся от традиционных, могут решать задачи, недоступные обычным компьютерам.