Новости науки 23.12.01. Как "запутать" электроны?

Для реализации квантовых компьютеров необходимо научиться создавать запутанные в квантовомеханическом смысле состояния, с которыми удобно работать. Оригинальную схему реализации запутанного состояния электронов проводимости предложили ученые из Окфордского университета.

Квантовые компьютеры сулят экспоненциальный выигрыш в скорости выполнения ряда задач по сравнению с классическими за счет параллелизма в проведении вычислений. Уже продемонстированы первые экспериментальные прототипы квантовых компьтеров, например, в недавнем номере Nature сообщается о том, что с помощью квантового компьютера, работающего на основе ядерного магнитного резонанса, произведена факторизация (разложение на множители) числа 15. Выбор задачи не случаен - проблема факторизации очень важна с точки зрения криптографии.

Возможность создания квантового компьютера основывается на том факте, что в квантовой механике система может находиться нет только в каком-то определенном состоянии, но и представлять собой суперпозицию состояний. Базовый элемент квантового компьютера - кубит (квантовый бит) - представляет собой систему, находящуюся в запутанном состоянии. Одна из главных задач на сегодняшний день - поиск оптимальной "элементной базы" для квантовых компьютеров: необходимо научиться создавать достаточно долгоживущие (обладающие достаточно большим временем когерентности) запутанные состояния, которыми удобно манипулировать. Большое внимание исследователей привлекает возможность работать с электронными и ядерными спинами. В одном из последних номеров Physical Review Letters работающие в Оксфордском университете бразильские ученые предлагают оригинальную схему "запутывания" подвижных электронов [1].

Рис.1. Схема "запутывания" электронов. В точке пересечения четырех каналов находится магнитаная примесь.

Схема "запутывания" представлена на рисунке: два электрона проводимости с одинаковыми ориентациями спинов инжектируются в два металлических канала (например, золотые нанопроволочки) 1 и 2, и баллистически (без рассеяния) движутся по ним к точке, в которой находится магнитная примесь. Обменное взаимодействие электрона проводимости и магнитной примеси вызывает рассеяние электрона на примеси (в процессе рассеяния ориентация спинов электрона и атома может меняться). Ученые показали, что в результате взаимодействия с примесью электроны всегда будут покидать область рассеяния по различным каналам (3 и 4) и всегда будут находиться в запутанном состоянии.

1. A.T.Costa, Jr. and S.Bose. Phys.Rev.Lett. v.87, 277901 (2001).

перейти к началу страницы