Исследователи разработали квантовую память на основе иттербия

Ученые из Женевского университета разрабатывают новый накопитель информации для квантового компьютера. Для этого они используют материал на основе редкоземельного элемента иттербия, который способен изменять свою структуру не под действием электрического тока, а за счет взаимодействия с частицами света.

Редкоземельные элементы полностью оправдывают свое название. Главная их ценность заключается в том, что на Земле они встречаются крайне редко. К ним относятся семнадцать элементов в периодической таблице: 14 из семейства лантаноидов, а также лантан, скандий и иттрий. Что же до практического применения, то сейчас насчитывается около 100 разных отраслей в которых эти вещества используются. В основном это электроника, сложная химия и техника, связана с магнитами.

Больше всего среди редкоземельных материалов используются церий, иттрий и лантан. Что касается иттербия, то до недавнего времени этот серебристый металл использовался преимущественно в лазерной и ядерной технике. Однако в 2016 году ученые смогли с помощью лазера и магнитных ловушек привести иттербий в новое состояние вещества – временной кристалл, в котором структура периодически самостоятельно меняется. На основе этого открытия были созданы самые точные в мире часы.

Вот и для иттербия нашлось новое применение. Дело в квантовом компьютере. Это устройство основано на принципах квантовой механики и теоретически способно осуществлять расчеты на несколько порядков быстрее, чем обычный компьютер. Однако уже не один год его развитие переживает стагнацию. И одна из главных причин этого то, что сигналы передаются фотонами оптическими проводникам, и оказывается практически невозможно скопировать или записать. Конечно, такое положение вещей выглядит хорошей особенностью с точки зрения безопасности, однако для разработчиков собственно квантовых компьютеров и программного обеспечения это представляет немалую проблему.

Фактически, до сих пор в квантовом компьютере оставался отсутствующим важный компонент – квантовая память. Не было известно вещество, которое могло бы включать в свою структуру фотоны так, чтобы информация, которая передается с их помощью сохранялась бы. Материал этот не должен выпускать из себя фотоны, однако при необходимости информацию из него можно было бы легко прочитать.

До сих пор прототипы квантовой памяти были созданы на основе европия и празеодима. Они были недостаточно эффективными, однако исследователи из Женевского университета решили, что искать дальше следует именно среди редкоземельных элементов. И иттербий-иттрий-силикатное соединение оказалась именно тем, что они искали. Такая память надежно хранит в себе фотоны и легко синхронизируется с остальными системами квантового компьютера.

Хотя пока это лишь прототипы, исследователи полны оптимизма. Квантовый компьютер представляет собой головоломку, которая содержит несколько отдельных задач, и решение одной из них позволяет приблизить время до долгожданного появления квантовых компьютеров на рынке. Так же, как это некогда случилось с ПК.

С другой стороны, решение столь глобальной задачи с помощью иттрий-иттербиевых соединений может привести к действительно непредсказуемым результатам. Спрос на редкоземельные материалы может резко превзойти их добычу. А это, в свою очередь, может серьезно повлиять на мировую экономику, или, например, вызвать повышенный спрос на добычу того же иттербия в ближнем космосе, что в свою очередь, вызовет потребность в его интенсивном исследовании.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/mirozdanie/issledovateli-razrabotali-kvantovuiu-pamiat-na-osnove-itterbiia-5c3e114d04bcd000ab92eb05?from=feed 16/01/2019