Физики впервые заставили атомы общаться на расстоянии

Ученые из Университета Нового Южного Уэльса впервые смогли создать квантовые запутанные состояния, используя спины атомных ядер. Эти состояния, когда два объекта ведут себя как единая система, лежат в основе квантовых вычислений. Работа опубликована в журнале Science.

Главное достижение в том, что исследователям удалось «заставить разговаривать» самые чистые и изолированные квантовые объекты — атомные ядра — на масштабе, сравнимом с современными кремниевыми микрочипами.

«Мы сделали так, что самые изолированные квантовые объекты могут взаимодействовать друг с другом на том же уровне, на котором сегодня изготавливаются кремниевые устройства», — отметила ведущий автор исследования доктор Холли Стемп.

До сих пор инженеры сталкивались с противоречием: нужно максимально защитить вычислительные элементы от шума и внешних помех, но при этом дать им возможность взаимодействовать. Ядра атомов — идеальные носители квантовой информации, но именно их «чистота» мешала соединять их в большие системы.

Команда решила задачу, используя электроны в роли своеобразных «телефонов». Электрон способен «растекаться» в пространстве и связывать удаленные атомные ядра. Так удалось наладить взаимодействие ядер, находящихся на расстоянии около 20 нанометров — примерно в тысячу раз меньше толщины человеческого волоса.

«Если увеличить ядра до размеров человека, то они находились бы друг от друга на расстоянии между Сиднеем и Бостоном. И все же мы сумели заставить их общаться», — пояснила Стемп.

Важно, что этот масштаб совпадает с современными технологиями производства кремниевых процессоров: транзисторы в чипах смартфонов и компьютеров имеют примерно такие же размеры.

«Это наш настоящий прорыв: мы заставили квантовые объекты работать вместе на масштабе, который уже освоен полупроводниковой индустрией», — добавила исследовательница.

По словам профессора Андреа Морелло, новое решение снимает главное препятствие для масштабирования квантовых компьютеров на базе атомных ядер. Теперь их можно будет создавать, опираясь на существующие производственные линии микроэлектроники.