Международная группа исследователей в сто раз улучшила рекорд по сохранению контроля над спинами электронов, что является важным шагом на пути к созданию сверхбыстрых квантовых компьютеров.

До недавнего времени лучшим результатом было удержание спинов электронов в течение доли секунды. Исследователи Стивен Лион и Алексей Тырышкин нашли способ улучшить контроль над спинами миллиардов электронов в кремнии и поставили новый рекорд – 10 секунд, что намного дольше, чем все предыдущие попытки. Расширение времени контроля над спином электронов является важным шагом на пути к созданию рабочего квантового компьютера.

Ключом к успеху стал кремний высокой степени очистки. В эксперименте используется небольшой кремниевый чип размером с карандаш, который практически полностью состоит из определенного изотопа кремния: кремния-28. Образец чистого кремния поместили внутрь цилиндра с жидким гелием, где он охладился до температуры выше абсолютного нуля. Затем цилиндр установили между двумя управляющими магнитами. Одним кликом компьютерной мыши ученые смогли с помощью микроволн скоординировать спины около 100 миллиардов электронов.

На фото Стивен Лион (слева) и Алексей Тырышкин рассматривают образец сверхчистого кремния, который помог скоординировать спины миллиардов электронов. При описании электрона ученые используют термин спин. Но, как и многое в квантовой механике, суть немного сложнее. Для субатомных частиц, таких как электроны, спин является основной характеристикой, которая может заставить их вести себя как невероятно крошечные магниты. В отличие от привычных вещей в нашей повседневной жизни, субатомные частицы существуют в соответствии с правилами квантовой механики, а, значит - могут находиться в одно и то же время в разных местах. Спин электрона, например, может быть в положении «вверх», «вниз» или в суперпозиции, то есть «вниз» и «вверх» одновременно. Именно состояние суперпозиции позволяет выполнять очень сложные математические вычисления. Возможность включать в компьютерную логику вместо однозначных «0» и «1» неопределенность квантовой механики, позволит решать самые сложные задачи, например, взламывать любые криптографические коды или имитировать поведение молекул.