Отверстия в двумерном материале можно использовать в качестве "искусственных атомов". Такая технология позволяет создавать кубиты для квантовых вычислений, которые будут работать при комнатной температуре и в отсутствие вакуума.
Разработка описана в научной статье, опубликованной в журнале Nano Letters группой во главе с Бенджамином Алеманом (Benjamin Aleman) из Орегонского университета.
Как известно, единицей хранения информации в квантовом компьютере является кубит, или квантовый бит. При этом в качестве кубитов могут использоваться различные физические объекты. Часто в этой роли выступает квант света, он же фотон. Однако есть нюанс: источник света в этом случае должен испускать по одному фотону за раз. Того же требует и квантовая криптография.
Поясним. Информация в данном случае кодируется в состоянии одного фотона. Если злоумышленник попытается перехватить данные, он, согласно законам физики, подействует на фотон и поменяет ту самую информацию, которую собирался прочитать.
Такой взлом не только не имеет смысла, но и не может остаться незамеченным для адресата, ведь он получит этот фотон уже в изменённом состоянии. Если же фотонов, несущих одну и ту же информацию, будет несколько, то можно будет считать сведения с одного, а ничего не подозревающему адресату отправить такой же "неповреждённый".
Вопрос в том, где взять источник одиночных фотонов, который бы решал выше описанную проблему. При этом желательно, чтобы он не стоил как самолёт и мог работать в корпусе компьютера, а не исключительно в вакуумной камере при сверхнизких температурах.
Хорошим источником одиночных фотонов является атом. Но при работе с отдельными атомами возникает проблема: они (кто бы мог подумать) очень маленькие. Поэтому физики пробуют создать однофотонные излучатели в виде "искусственных атомов" более удобных размеров.
Авторы нового исследования представили такие излучатели в виде отверстий в двумерном нитриде бора.
"Наша работа предоставляет источник одиночных фотонов, которые могут выступать в качестве носителей квантовой информации, или кубитов. Мы продемонстрировали образцы таких источников, создавая их столько, сколько мы хотим, и там, где мы хотим", – заявляет Алеман.
В качестве исходного материала применялась разновидность нитрида бора с гексагональной кристаллической решёткой. Физики использовали лист, имеющий толщину четыре нанометра (то есть несколько атомов). С помощью пучка ионов в нём создавались поры диаметром в 500 нанометров (это примерно длина волны голубого или зелёного света). Затем пластина нагревалась в кислороде до высоких температур для удаления "строительного мусора".
Тесты показали, что подобные отверстия работают как однофотонные излучатели. Они остаются функциональными при комнатной температуре и в атмосферном воздухе. Кроме того, технология потенциально масштабируема до промышленного производства.
"Наши "искусственные атомы" позволят использовать много новых и мощных технологий, – уверен Алеман. – В будущем их можно было бы применять для создания более безопасных, полностью приватных коммуникаций и [разработки] гораздо более мощных компьютеров, которые могли бы "придумывать" лекарства для спасения жизней и помогать учёным с помощью квантовых вычислений лучше понять Вселенную".
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о другом материале, излучающем одиночные фотоны. Также мы рассказывали о созданном в России усилителе для квантового компьютера и квантовом генераторе случайных чисел.
