5g future | Вихри в наноматериалах помогут создавать квантовые компьютеры
4515
post-template-default,single,single-post,postid-4515,single-format-standard,ajax_fade,page_not_loaded,,qode-title-hidden,qode_grid_1300,footer_responsive_adv,qode-content-sidebar-responsive,columns-4,qode-theme-ver-10.1.1,wpb-js-composer js-comp-ver-4.12.1,vc_responsive

Вихри в наноматериалах помогут создавать квантовые компьютеры

Ученые Томского политехнического университета, совместно с коллегами из научных центров США, Китая и Германии обнаружили необычную самоорганизацию атомов в объеме наночастиц и научились управлять ею с помощью электрического поля. Такие «управляемые» наночастицы могут быть использованы при создании емкой энергонезависимой памяти, квантовых компьютеров и другой электроники будущего.

Исследование ученых опубликовано в журнале Nature Commnucations, главным автором работы стал инженер кафедры общей физики ТПУ Дмитрий Карпов.

Он поясняет, что в современном материаловедении дефекты разделяют на две большие группы. В первую входят классические, хорошо изученные. В этом случае в материале нарушен порядок атомов: то есть в его кристаллической решетке убраны или, наоборот, вставлены лишние атомы. Во второй группе дефектов нет никаких выраженных изменений — вместо этого меняется сама пространственная организация решетки и такие дефекты называют топологическими.

Топологические дефекты могут сильно влиять на материал и придавать ему такие необычные свойства как сверхтекучесть или сверхпроводимость. Поэтому их изучение очень важно с практической точки зрения. Такие дефекты существуют только в материалах малой размерности. Например, в двумерных наностержнях и нанопленках (слоях толщиной в несколько атомов) и одномерных наноточках или материалах с высоким отношениям площади поверхности к объему вещества (наночастицах — сферических частицах из нескольких десятков или сотен одинаковых атомов).

Один из важных топологических дефектов — это топологический вихрь.

«Наши результаты показывают, что в наночастицах наблюдается небольшое смещение всех атомов, которое при отдаленном взгляде имеет выраженное закручивание. Оно и называется топологическим вихрем. При этом ядро этого вихря представляет собой наностержень, который может быть как смещен полем, так и стерт и снова восстановлен внутри наночастиц», — поясняет участник исследования, профессор Лос-Аламосской Национальной Лаборатории и Государственного Университета Нью-Мексико Эдвин Фотун.

В эксперименте физики изучали наночастицы титаната бария, который используют при создании современной электроники. Исследования с использованием синхротронного излучения показали, что под воздействием внешнего электрического поля смещается ядро топологического вихря внутри наночастицы этого вещества, а при снятии поля оно возвращается на прежнее место.

Таким образом, пришли к выводу ученые, с помощью электрического поля можно управлять топологическими вихрями в наночастицах. Это открытие окажется важным и полезным при создании новой электроники.

Что такое квантовый компьютер? 

Авторы статьи отмечают, что современные компоненты электроники становятся все меньше и постепенно достигают своего минимального предела по размеру, ниже которого эффективность устройств будет ощутимо снижаться из-за различных квантовых эффектов. Один из способов обойти эти ограничения — использовать топологические вихри. Например, на их основе может быть создана энергонезависимая память с большой плотностью записи информации или квантовые компьютеры, в которых информация будет зашифрована в характеристиках топологических вихрей.

«Дальнейшие исследования с использованием синхротронного излучения на материалах малой размерности позволит нам лучше понять механизмы управления и воссоздания различных топологических дефектов. Тогда уже задачей инженеров станет исхитриться и использовать полученные знания, чтобы решить самые насущные проблемы будущей электроники», — добавляет Дмитрий Карпов.

Квантовый компьютер — одна из самых обсуждаемых тем в науке последних лет. Это гипотетическое устройство на стыке компьютерных наук и квантовой физики, самого сложного раздела теоретической физики.

Если обычный компьютер делает вычисления последовательно — одно за другим, то квантовый в теории будет способен делать миллиарды миллиардов вычислений одновременно, что не только значительно увеличит его мощность по сравнению с традиционными компьютерами, но и позволит решать неожиданные задачи, на которые обычные компьютеры не способны.

Подписка на рассылку

Один раз в неделю

всё самое интересное в вашей почте.