Инженеры продемонстрировали известный квантовый парадокс в кремниевом чипе с помощью атома сурьмы.
Физики из Университета Нового Южного Уэльса реализовали один из самых известных мысленных экспериментов квантовой механики, поместив атом сурьмы в кремниевый чип. В отличие от обычных квантовых битов (кубитов) с двумя состояниями, спин атом сурьмы может находиться в восьми различных состояниях, что делает его более устойчивым к ошибкам при квантовых вычислениях.
Для объяснения квантовой механики австрийский физик Эрвин Шредингер придумал мысленный эксперимент. Он поместил кота в запертый металлический ящик с радиоактивным веществом, счетчиком Гейгера и колбой с синильной кислотой. В определенный период времени атом вещества с определенной вероятностью может распасться. Это активирует счетчик Гейгера и запускает механизм, который разбивает колбу с ядом. В результате кот умирает.
Поскольку сторонний наблюдатель не знает, распался ли атом, он также не знает, жив кот или мертв. Согласно квантовой механике в этот момент кот должен находиться в состоянии суперпозиции: он одновременно и жив, и мертв. В эксперименте, описанном в журнале Nature Physics, ученые создали кота Шредингера и манипулировали его состояниями с использованием ядра атома сурьмы, встроенного в кремниевое наноэлектронное устройство.
Как гласит пословица, у кошки девять жизней. Одной маленькой царапины недостаточно, чтобы убить ее. У нашей метафорической «кошки» семь жизней: чтобы превратить «0» в «1», потребуется семь последовательных ошибок! Именно в этом смысле суперпозиция спиновых состояний сурьмы в противоположных направлениях является «макроскопической», поскольку она происходит в большем масштабе и реализует кота Шредингера.
Си Юй, соавтор исследования
Внедрение квантовой системы внутрь кремниевого чипа делает технологию потенциально масштабируемой для массового производства. По словам ученых, такой подход позволяет получить полный контроль над квантовым состоянием атома.
Исследователи добавляют, что новая технология позволяет обнаруживать и исправлять ошибки до того, как они накопятся и приведут к искажению информации. На следующем этапе физики планируют реализовать с помощью нового чипа систему обнаружения и исправления квантовых ошибок. Это одна из важнейших задач в области квантовых вычислений, решение которой необходимо для создания надежных квантовых компьютеров.
