science
Знания, не рождённые опытом, бесплодны и полны ошибок.
Леонардо да Винчи



Copyleft © 2004 - 2018
physics.com.ua

Электронный web-журнал Physics.com.ua

Научные исследования и технические разработки по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика. Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки. Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.

Контакты Главная | Стартовая | Избранное | Поиск
 

Потеря пароля | Регистрация

   
БАК остро нуждается в детекторах для фиксирования элементарных частиц
Высадка космонавтов на Луну будет осуществлена, в лучшем случае, в 2033–2034 годах
Гранты для обучения в аспирантуре по естественным наукам в Германии (программа SALSA)
Видео. Поиск редких процессов на коллайдерах
Пьезо-оптомеханический преобразователь связывает звук, свет и радио
Программу Наноконструктор проекта nanoModel можно скачать бесплатно
VII Международная школа-конференция молодых ученых и специалистов - Современные проблемы физики 2016
Ученые получили температуру ниже абсолютного нуля
С 10-го по 21-е сентября администрация уходит в отпуск

  Новости  
  Новости физики  
  Науку делают люди  
  Гранты, олимпиады, конкурсы и стипендии  
  Знаете ли Вы что...  
  Приборы, научно-технические разработки  
  Программные продукты  
  Конференции, семинары, школы и форумы  
  Физики шутят  
  Новости нашего журнала  
  Экспорт данных в формате RSS  
  Материалы  
  Каталог научных статей  
  Банк рефератов  
  Блог  
  PACS  
  Исторический календарь  
  Нобелевские лауреаты  
  Голосования и опросы  
  Информационные партнёры  
  Полезные ссылки  
  Палата мер и весов  
  Технические требования к предоставляемой информации  
rss2email
Новости электронного web-журнала Physics.com.ua




Рассылки Subscribe.Ru
Лента "Новости электронного web-журнала Physics.com.ua"
  Голосования и опросы  
 

Глобальное потепление - это...

результат неконтролируемого загрязнения атмосферы
результат естественного изменения климата
кто-то его незаметил
средство наживы для экологических организаций



Всего голосов: 1649
Комментариев: 3

 
  Статистика  
 
Яндекс цитирования Rambler's Top100

 
  Реклама  
 

 
 
НОВОСТИ




Экспорт новостей в формате RSS по выбранным категориям

2013-05-27 14:53:45, обсуждение: 0
НОВОСТИ ФИЗИКИ | МАГНЕТИЗМ

Иероглифы квантовой логики

Различие между логическими кодами современных компьютеров и способом квантовой записи информации напоминает разницу между алфавитом и иероглифами. В случае квантового подхода волновые функции многих частиц образуют единую волновую функцию ансамбля. При этом “запоминание” происходит не по очереди, в виде отдельных разрядов-частиц, изменяющих свое состояние, а одновременно во всем ансамбле. Сохраняемая информация затрагивает волновые функции всех частиц одновременно и представляет собой квантовый штрих-код. Одним из самых перспективных носителей этого штрих-кода является кремний [1].

Ситуация сходна с рисунком (иероглифом), обозначающим какое-либо японское слово, например “магнит” (рис. 1).

Рис. 1. Японский иероглиф (Jishyaku – магнит) объединяет два иероглифа:
“магнитный” (первый иероглиф) и “камень” (второй иероглиф).
Первый иероглиф участвует во всех словах, сообщающих о магнетизме
(магнитная восприимчивость, ферромагнетизм, стрелка компаса и др.).

Элементы этого рисунка не читаются по-отдельности, а информация, переносимая иероглифом, считывается глазом одномоментно и включает в себя значительно больше, чем то, что можно передать с помощью одной буквы. Иероглиф – исторически сложившийся штрих-код, комбинация первоначальных рисунков-представлений о мире и, своего рода, “волновая функция” человеческого сознания, компилирующая простые образы.

По иронии судьбы именно японские ученые (в соавторстве с американскими) первыми создали полностью кремниевые кубиты [2-4]. Сначала было показано, что различие между ядерными спинами I изотопов кремния (I=1/2 для 29Si, но I=0 для 28Si и 30Si) сильно изменяет физико-химические свойства наноструктур. Впервые в мире были созданы образцы, в которых тонкие слои (1-3 нм), обогащенные различными изотопами (28Si, 29Si и 30Si), чередовались в очень аккуратной сверхрешетке, выполненной с нанометровой точностью [2] (рис. 2а).

Рис. 2. а – Гетероструктура, состоящая из чередующихся слоев кремния магнитного и немагнитного изотопов;
б – схема ядерного спинового процессора на изотопах кремния [4] (указаны номера кубитов и их рабочие частоты
wi)

Такие структуры позволили обнаружить чудесные особенности химических реакций и их зависимость от наличия магнитного изотопа, т.е. магнитный изотопный эффект [5, 6], а также увеличить точность дизайна логического симулятора CMOS- процесора (сomplementary metal-oxide-semicon-ductor), нужного для создания кремниевой микросхемы памяти. Это повлекло за собой развитие изотопной спиновой инженерии кремния и развитие новых инструментов для спинтроники.

Идея применения одиночного атома кремния с магнитным ядром в качестве бита и процессора была предложена в [4]. Усовершенствованная версия этой концепции показана на рис. 2б. В этом устройстве ориентация и фаза каждого спина ядра 29Si в цепочке эквивалентна биту информации. Ключом к считыванию является атом фосфора с электронным спином, помещенный на конце цепочки и “считывающий” информацию, записанную в цепочке ядерных спинов кремния. Реализация такого квантово-механического устройства оказалась возможна благодаря выполнению следующих условий:

1)  Изотопно-очищенный кремний без парамагнитных примесей обладает гигантским временем удержания квантовой информации – при комнатной температуре спины ядер 29Si остаются ориентированными 25 с [7]. Этого времени вполне достаточно, чтобы произвести миллиарды логических операций.

2)  Спиновая когерентность электронного спина фосфора допускает передачу информации о состоянии кубитов через сверхтонкое взаимодействие с ядрами 29Si [8]. Таким образом, электронный спин фосфора на конце цепочки дирижирует работой всех кубитов в ней.

3)  Цепочки ядер 29Si удалось создать и доказать их согласованную работу [9].

4)  Инициализация прибора (ориентирование всех спинов в одном направлении) осуществлялась оптической накачкой [10], а также динамической ядерной поляризацией с помощью электронного спина фосфора. Манипуляция спинами ядер кремния была произведена с помощью ядерного магнитного резонанса.

5)  Для считывания с ансамбля ядерных спинов 31P были использованы два метода: оптический и электрический. При электрическом методе считывания (разработан с участием российских ученых из ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН [11]) был использован факт передачи информации от цепочки кремниевых ядер к ядру фосфора. Для считывания информации с ядра фосфора использовали электродипольный магнитный резонанс в небольшом магнитном поле (~ 200 Э), который создавал запутанные состояния Бэлла между ядерной подсистемой и электронным спином, т.е. под действием микроволнового электрического поля возникали квантовые иероглифы – штрих-коды, нужные для обработки информации и установления одновременно и электронных и ядерных спиновых состояний [11].

Таким образом, создание реального устройства квантовой памяти требует выполнения целого ряда вышеперечисленных высокотехнологичных условий, реализуемых только в рамках нанотехнологий и оборудования, пригодного для манипулирования одиночными атомами. Одним из главных условий записи-считывания информации (общения с кубитной памятью) является надежное и сильное влияние ядерных спинов на состояния электронных спинов в считывающем устройстве. Этот элемент (называемый “ключом”) в [2-10] предлагается выполнить в виде концевого атома фосфора, обладающего электронным и ядерным спинами, связанными эффективным сверхтонким взаимодействием (рис. 2б).

Отметим, что и здесь продолжается аналогия с японским языком. “Ключом” в первом иероглифе на рис. 1 называют изображение второго иероглифа (“камень”), включенного также и в первый иероглиф. Именно по нему находят это слово в словаре и относят к определенной группе иероглифов. “Ключ” одинаково открывает двери в семантический анализ информации в японском языке и при считывании квантового “слова”. Аналогия между иероглифами (продуктом человеческого сознания) и квантовой памятью (объектом, способным существовать вне сознания) нами выбрана не случайно. Вероятно, аналогия стала возможна потому, что принципы работы компьютера постепенно приближаются к неизвестным до сих пор принципам работы человеческого мозга.

 

1. J.J.Pla et al., Nature 496, 334 (2013).

2. T.Kojima et al., Appl. Phys. Lett. 83, 2318 (2003).

3. E.Abe et al., Phys. Rev. Lett. 89, 017901 (2002).

4. K.M.Itoh, Solid State Comm. 133, 747 (2005).

5. K.Ibano et al., J. Appl. Phys.103, 026101 (2008).

6. Y.Shimizu et al., Phys. Rev. Lett. 98, 095901 (2007).

7. T.D.Ladd et al., Phys. Rev. B 71, 014401 (2005).

8. E.Abe et al., Phys. Rev. B 70, 033204 (2004).

9. T. Sekiguchi et al., Appl. Phys. 101, 081702 (2007).

10. A.S.Verhulst et al., Phys. Rev. B 71, 235206 (2005).

11. H.Morishita et al., Phys. Rev. B 80, 205206 (2009).

О.Коплак
ПЕРСТ



БАК остро нуждается в детекторах для фиксирования элементарных частиц
Эффект рождения гидродинамических потоков от ультразвуковых волн
Создан безмагнитный кремниевый циркуляционный чип для диапазона миллиметровых волн
Физики из Национального института стандартов и технологий (США) добились одновременной квантовой запутанности сразу 219 ионов бериллия (9Be+)
Новый метод получения пучка спин-поляризованны позитронов
Проектирование спиновых структур
Наногубки очистят кровь от токсинов
Несовершенство дальних родственников графена
Гигантское усиление спин-орбитального взаимодействия в слабо гидрогенизированном графене
Перепутывание твердотельных кубитов на расстоянии три метра

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи!





Контакты Главная | Поиск


Администрация журнала не несет ответственности за достоверность информации, опубликованной в рекламных объявлениях. При полном или частичном использовании материалов ссылка на physics.com.ua обязательна.
Главный редактор - к.ф.-м.н., н.с. ДонФТИ им. А.А. Галкина НАН Украины, Рассолов С.Г.
Администратор и модератор сайта - Дегтярчук С.В.
Copyleft © Physics.com.ua 2004 - 2018
Хостинг - Брущенко А.
Development programilla.com