Американские физики изготовили прибор, который может раскладывать сотни атомов по индивидуальным клеткам и считывать информацию об их состоянии. Подобные устройства могут стать ключевыми компонентами квантовых компьютеров.
Квантовый компьютер – это будущее кибернетики. Он может одновременно оперировать с огромным количеством чисел, недоступным для любого классического вычислительного устройства. Каждая элементарная ячейка классического компьютера существует сама по себе, причем лишь в одном из двух логических состояний, которые кодируют нуль и единицу. А в квантовом компьютере состояние каждой ячейки является суперпозицией, смесью двух состояний квантовой системы, скажем, атома или электрона. Эти ячейки (их называют кубитами) можно по-разному связать друг с другом, создав тем самым множество взаимопереплетенных состояний (физики называют их спутанными).
Для связанной системы двух кубитов имеются четыре возможных состояния, трех – восемь, четырех – шестнадцать, так что с ростом числа кубитов число состояний компьютера увеличивается по экспоненте. Поэтому квантовый компьютер в принципе позволяет решать задачи, которые никогда не будут доступны его классическим предшественникам.
Для работы квантового компьютера нужно сначала создать спутанное состояние многих кубитов и затем изменять его в ходе процесса вычисления. Поэтому необходимо, чтобы кубиты жили достаточно долго и чтобы их можно было надежно контролировать.
Как сообщил журнал Nature Physics, сотрудники университета штата Пенсильвания Дэвид Вайсс, Карл Нелсон и Сяо Ли пленили 250 атомов цезия, охлажденных почти до абсолютного нуля. Для этого они использовали световую ловушку, образованную перекрещивающими взаимно перпендикулярными лучами трех лазеров. В результате их интерференции возникла трехмерная кубическая решетка, в узлах которой и были заперты атомы. Плененные атомы можно фотографировать и тем самим следить за их состояниями. В следующей серии экспериментов Вайсс, Нелсон и Ли планируют заставить атомы взаимодействовать друг с другом, обстреливая их импульсами еще одного лазера.