Interfax-Russia.ru — Российские ученые разработали алмазный лазер для создания квантовых компьютеров. С их помощью можно будет быстро выполнять сложные расчеты.
Ученые Томского государственного университета (ТГУ) совместно с коллегами из Москвы и Новосибирска впервые в мире продемонстрировали лазерное излучение на NV-центрах в алмазе при оптическом возбуждении.
"Появление инжекционных алмазных лазеров станет очередным новым шагом на пути к созданию квантового компьютера на основе алмаза. На первом этапе на их основе будут собраны быстродействующие квантовые сенсоры магнитного поля, а затем велика вероятность появления и самих квантовых компьютеров на основе алмаза, которые будут работать при комнатной температуре", — сообщили в пресс-службе ТГУ.
Алмазные кристаллы отличают теплопроводность, низкое тепловое расширение и механическая прочность, поэтому их используют как для мощных непрерывных, так и для ультракоротких лазеров.
При этом, как отметил заведующий лабораторией квантовых информационных технологий радиофизического факультета (РФФ) ТГУ Евгений Липатов, энергозатраты при производстве синтетического алмаза в последнее время стали кратно ниже, чем при добыче и извлечении природного алмаза из породы.
"Технологии синтеза алмаза развивались, благодаря чему данный материал стал коммерчески доступен и теперь готов к активному использованию в электронике и фотонике. Помимо квантовых технологий, он найдет свое применение в радиационно-стойкой, высокотемпературной и силовой электронике", — сказал ученый.
Сейчас энергия в импульсе российского алмазного лазера выросла на три порядка и составляет десятки микроджоулей — это приближает их к созданию предпромышленного образца.
"В России есть много ученых с мировым именем, которые могли бы передать свои знания и компетенции молодым ученым, преподавателям и инноваторам. В этом случае у нашей страны впечатляющие перспективы занять лидирующие позиции в производстве квантовой элементной базы и приборов углеродной электроники и фотоники", — добавил Липатов.
Квантовый компьютер принципиально отличается от классических компьютеров. В случае его создания он позволит моделировать сверхсложные (в том числе биологические) системы и исследовать их методами физики, а также решать задачи в сфере криптографии, для которых классическому компьютеру потребовалось бы время большее, чем возраст Вселенной. Основой вычислений в квантовом компьютере является кубит, который, в отличие от бита в классической информатике, принимающего значение "ноль" или "единица", может находиться в "суперпозиции", т.е. быть и нулем, и единицей одновременно. Построить квантовый компьютер в 1980 году предложил советский математик Юрий Манин, который выдвинул идею квантовых автоматов. Идею поддержали и физики, в частности, нобелевский лауреат Роберт Фейнман.
"Это уже не фантастика, и в мире уже появились стартапы, которым инвесторы выделили средства на создание квантовых ускорителей и квантовых процессоров на NV-центрах в алмазе. В России есть много ученых с мировым именем, которые могли бы передать свои знания и компетенции молодым ученым, преподавателям и инноваторам. В этом случае у нашей страны есть впечатляющие перспективы занять лидирующие позиции в производстве квантовой элементной базы и приборов углеродной электроники и фотоники", — добавил Липатов.
Ученый также рассказал, что начал изучать свойства алмаза еще в 2000 году, когда был магистрантом кафедры квантовой электроники и фотоники РФФ ТГУ. В распоряжении молодого специалиста был только один образец, который в то время был редким и дорогим материалом для исследований. В 2020 году при грантовой поддержке министерства науки и образования России на радиофизическом факультете университета создали лабораторию квантовых информационных технологий, костяк которой составили ученые и преподаватели кафедры квантовой электроники и фотоники РФФ и ученые Института сильноточной электроники СО РАН. Алмазный NV-лазер создали в коллаборации с научными и инновационными коллективами из Всероссийского научно-исследовательского института автоматики (Москва), МГУ (Москва), Института геологии и минералогии Сибирского отделения РАН (ИГМ СО РАН, Новосибирск), ООО "Велман" (Новосибирск) и Института сильноточной электроники Сибирского отделения РАН (ИСЭ СО РАН, Томск). Работу ученых опубликовали в журнале "Nature Communications".
"Сейчас энергия в импульсе нашего алмазного лазера выросла на три порядка и составляет десятки микроджоулей. (…) Таким образом, мы приближаемся к созданию предпромышленного образца", — отметил Евгений Липатов.
В конце декабря 2021 года ученые Российского квантового центра и Физического института имени П.Н. Лебедева РАН представили прототип квантового компьютера на ионах. Он разработан в рамках дорожной карты госкорпорации "Росатом" по квантовым вычислениям. Исследователям удалось разработать систему из 4 кубитов, применив оригинальную технологию масштабирования квантовых процессоров.
"Для нас это первый значимый результат в работе над дорожной картой по квантовым вычислениям. На созданной базе к концу 2024 года будет построен универсальный квантовый компьютер с облачным доступом. Сегодня платформа на ионах демонстрирует одни из самых интересных результатов, что особенно примечательно, так как 5 лет назад ионы не считались приоритетным направлением развития", — сообщил руководитель проектного офиса по квантовым технологиям "Росатома" Руслан Юнусов.
В минувшем году компания направила на развитие квантовых технологий и создание необходимой исследовательской инфраструктуры более 6 млрд рублей.
"Дальнейшая работа продолжится в соответствии с дорожной картой: до 2024 года на создание квантового компьютера суммарно будет направлено более 23 млрд рублей бюджетных и внебюджетных средств", — добавила директор по цифровизации "Росатома" Екатерина Солнцева.
