«Кот Шрёдингера» на кремниевом чипе: как квантовые инженеры создали новый вид квантовых вычислений

Представьте себе кота, который одновременно жив и мёртв. Звучит как абсурд, правда? Но именно такой образ лежит в основе одного из самых известных мысленных экспериментов квантовой физики — кота Шрёдингера. И вот, инженеры из австралийского Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) не только «поймали» этого мифического кота, но и поместили его внутрь обычного кремниевого чипа. Зачем? Чтобы продвинуться на пути создания квантового компьютера, способного перевернуть мир вычислений.

Немного о квантовом «беспорядке»

Квантовый мир, честно говоря, довольно странное место. В отличие от нашего макромира, где объекты имеют чётко определённые состояния, квантовые частицы могут существовать в так называемой суперпозиции — одновременно находиться в нескольких состояниях. Именно эта концепция и легла в основу эксперимента с котом Шрёдингера. Атом, который может быть одновременно распавшимся и нераспавшимся, приводит к абсурдной, но логичной, с точки зрения квантовой механики, мысли о коте, одновременно живом и мёртвом.

Но, конечно, настоящий кот не может быть одновременно и тем, и другим. Это лишь мысленный эксперимент, показывающий, насколько «нелогичен» квантовый мир. И вот здесь-то и кроется суть работы австралийских инженеров. Они создали аналог этого квантового «беспорядка» внутри кремниевого чипа, используя атом сурьмы.

Сурьма — наш «пушистый» проводник в квантовый мир

Вместо обычных кубитов (базовых единиц квантовой информации, которые могут быть в состоянии 0 или 1), учёные использовали атом сурьмы. И тут всё становится гораздо интереснее. Атом сурьмы имеет так называемый ядерный спин, способный принимать целых восемь различных направлений, а не только два, как в случае с кубитом. Знаете, что это значит? Это значит, что информация, хранящаяся в таком «атомном коте», гораздо более устойчива к ошибкам.

Представьте себе, что у вас есть обычный переключатель с двумя положениями: «включено» и «выключено». Если случайно задеть переключатель, то он тут же изменит своё состояние, а вся информация, которую он нёс, будет потеряна. Но, если у вас есть переключатель с восемью положениями, то для изменения его состояния, потребуется гораздо больше усилий. Именно по такому принципу и работает квантовый «кот» из атома сурьмы.

Компьютер, который не боится ошибок

Ошибки — главная проблема на пути создания квантовых компьютеров. Из-за квантовых эффектов, информация в кубитах очень хрупкая и легко подвержена искажениям. Атом сурьмы, со своим многогранным спином, предлагает решение этой проблемы. Даже если произойдёт какая-то «неполадка», информацию можно будет восстановить, так как «атомный кот» будет оставаться «живым» в большинстве случаев.

В чём же дело? Дело в том, что если «0» закодирован как «мёртвый кот», а «1» как «живой кот», то требуется не одна, а целая серия ошибок, чтобы исказить информацию. Это как с котом, у которого, как известно, семь жизней!

Внутри кремниевой «коробки»

Учёные смогли не просто создать этого квантового «кота», но и поместить его в кремниевый чип — тот самый материал, из которого сделаны наши смартфоны и компьютеры. Почему это так важно? Потому что это означает, что в будущем, квантовые компьютеры можно будет создавать, используя уже существующие технологии. По сути, это огромный шаг к масштабированию квантовых вычислений.

Созданный чип позволяет контролировать квантовое состояние атома сурьмы, буквально «играть» с его жизнью и смертью. Это даёт учёным возможность не просто изучать квантовые явления, но и применять их на практике.

Заглядывая в будущее

Этот прорыв — это не просто демонстрация эффектного мысленного эксперимента. Это серьёзный шаг к созданию квантовых компьютеров, которые будут способны решать задачи, недоступные современным вычислительным машинам. А что дальше? Дальше, учёные планируют сфокусироваться на обнаружении и исправлении квантовых ошибок, ведь это — ключевой момент для создания стабильного квантового компьютера.

В каком-то смысле, эта работа — результат международного сотрудничества и смелого взгляда в будущее, где квантовые технологии станут частью нашей повседневной жизни. Квантовый кот в кремниевой ловушке — это лишь начало долгого и захватывающего путешествия.