Дайджест последних новостей из мира современной физики (14.09-20.09)

Приветствуем вас, дорогие любители физики, в этот понедельник! Мы подготовили для вас традиционный дайджест самых интересных новостей из мира физики за последнюю неделю, так что приятного чтения! В этом выпуске: новая архитектура квантового компьютера с использованием звука, создание памяти на живых магнитных клетках и  объединение сверхпроводящих кубитов и полупроводниковых нанопроволок! 

Новая архитектура квантового компьютера: соединяем квантовые биты звуком!

В ЧЕМ СУТЬ

Квантовые компьютеры становятся все сложнее, объединяя все больше и больше квантовых битов (кубитов) на одном чипе. Возникающую проблему соединения кубитов друг с другом можно решать по-разному. Самый распространенный подход - микроволновые резонаторы и передающие линии с летающими по ним от кубита к кубиту фотонами - был предложен в 2004 году и на сегодняшний день используется в большинстве экспериментов со сверхпроводящими кубитами. Но есть и альтернативы.

Одна из них - использовать для связи кубитов звуковые волны или, иначе говоря, фононы - кванты механических колебаний в твердом теле. Точнее говоря, ученые предложили связывать кубиты с помощью так называемых поверхностных акустических волн (ими занимался еще сам лорд Рэлей!). Работа в этом направлении идет уже несколько лет и первые успехи не заставили себя ждать (подробнее можно почитать по ссылкам ниже).

В новой работе за новый способ связи кубитов всерьез взялись мэтры квантовой физики - Игнасио Сирак из института Макса Планка, Михаил Лукин из Гарвадского университета и их коллеги. Они проанализировали модель связи поверхностных акустических фотонов с кубитами с помощью акустических волноводов и резонаторов, выполненных на чипе из пьезоэлектрического материала. В пьезоэлектриках поверхностные акустические волны возбуждают колебания электрического поля, которое и связывает их с кубитами. Аналогичным образом такой материал переводит переменное электрическое поле в акустические колебания, распространяющиеся по поверхности чипа.

Преимущества предложенной модели заключается в ее универсальности - к примеру, кубиты на квантовых точках смогут передавать информацию фонону поверхностной акустической волны, а тот может донести ее и до удаленного сверхпроводящего кубита, захваченного иона или любого другого типа кубита.

http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevX...

Подробнее про последние работы:
http://www.sp.phy.cam.ac.uk/research/surface-acoustic..

http://www.sciencemag.org/content/346/6206/207.figure..

http://www.sawtrain.eu/

Создана новая архитектура квантовых процессоров, объединяющая сверхпроводящие кубиты и полупроводниковые нанопроволоки!

В ЧЕМ СУТЬ

Сверхпроводящие кубиты, про которые мы уже не раз писали (например, здесь:http://makeitquantum.ru/superconducting-qubits-to-lea..), имеют в качестве ключевых элементов так называемые джозефсоновские переходы - туннельные контакты, состоящие из двух кусочков сверхпроводника и прослойки изолятора между ними. Эти переходы выполняют две функции. Во-первых, они служат в качестве нелинейного элемента, изменяющего потенциал системы таким образом, что из всех ее энергетических уровней выделяются только нужные для кубита два нижних. Во-вторых, благодаря наличию таких переходов, можно подстраивать рабочую частоту кубита, прикладывая магнитное поле.

Обычно кубиты с джозефсоновскими переходами создаются из кусочков алюминия с прослойкой оксида алюминия между ними в качестве изолирующего слоя. Две новых работы демонстрируют альтернативные варианты создания кубитных систем, заменяя традиционный переход на полупроводниковую проволочку из арсенида индия (InAs).

Проволочки из арсенида индия являются идеальными кандидатами на эту роль, т.к. их достаточно легко выращивать в виде монокристаллов и интегрировать в сверхпроводящие схемы. В двух проведенных экспериментах ученые использовали различные сверхпроводники для создания контакта с проволокой: группа из университета Дельфта, Нидерланды, использовала NbTiN (сверхпроводник, выдерживающий большое магнитное поле), а группа из университета Копенгагена, Дания, - алюминий высокого качества.

Читать дальше: http://makeitquantum.ru/new-type-of-qubits/

Изображение: APS/Alan Stonebraker

Ученые создали память с произвольным доступом на живых магнитных клетках!

В ЧЕМ СУТЬ

Мы привыкли к тому, что различные чипы, будь то процессоры или оперативная память, состоят из миллионов транзисторов, так или иначе управляющих потоком электронов. Но нельзя ли создать подобные устройства, работающие с живыми клетками? В новой работе группа ученых из США продемонстрировала именно это.

Примененный подход был предложен той же самой группой в прошлом году, но на реализацию полноценных схем, по которым могли бы передвигаться клетки, и их оптимизацию ушло некоторое время. Принцип их работы заключается в следующем. С помощью стандартных технологий фотолитографии на кремниевой подложке создается структура из магнитных пермаллоевых дисков и золотых контактов, которые создают систему микроканалов, где могут передвигаться клетки. Используемые в эксперименте клетки помечены магнитными наночастицами, а потому их движением можно управлять с помощью приложенного внешнего магнитного поля.

В стационарном режиме клетки двигаются вдоль линий из пермаллоевых дисков в соответствии с приложенным магнитным полем. Затем на золотой контакт, подается импульс тока (около 50 миллиампер), который изменяет потенциал между дисками и позволяет переместить клетку в отдельную "ячейку памяти". Подав еще один импульс тока можно вернуть клетку обратно на передающую линию. Таким образом и реализованы операции чтения/записи в памяти на живых клетках.

Что касается применения новой технологии, то ученые планируют использовать ее для быстрого конвейерного выявления редких клеток и создания с их помощью новых методик лечения рака и СПИДа.

http://phys.org/news/2015-09-random-access-memory-cel..

Статью с картинками можно посмотреть здесь:
http://makeitquantum.ru/living-cells-memory/

 

 

На этом на сегодня все, оставайтесь с нами и будьте в курсе самых интересных событий в науке каждый день!
И, конечно же, рассказывайте про нас друзьям с помощью кнопок ниже! 🙂