Микросхемы квантовой оптической памяти

Исследователи из Калифорнийского технологического института разработали компьютерный чип, который способен хранить квантовые данные в форме света. При этом микросхема содержит целый массив модулей памяти и оперирует ячейками на наноуровне.

Идея квантового компьютера не нова, и уже давно будоражит умы разработчиков электроники. В чем достоинство данной технологии? В том что вычислительные устройства, оперирующие в качестве носителей информации не электронами а квантами света (фотонами) теоретически намного более быстродействующие и могут быть уменьшены в размерах намного больше, чем это позволяет традиционная электроника.

В традиционном компьютере, планшете или смартфоне отдельный бит информации представляет собой одно из логических состояний: «0» (отсутствие напряжения на входе или выходе электронного компонента) и «1» (присутствие напряжения). На практике данная система показала себя высоконадежной и достаточно быстродействующей. Однако с развитием электроники и постоянным повышением требований к размеру и скорости обрабатываемой информации, а также к продолжающемуся уплотнению электронных компонентов традиционные методы уже не обеспечивают нужный результат.

Выходом из положения стала квантовая (оптическая) технология обмена данными, которая давно уже используется в системах передачи информации на большие расстояния, но только теперь стала применятся и в вычислительных системах. У нее большие перспективны в данном направлении так как теоретически один квант информации может содержать по меньшей мере два традиционных бита данных, а скорость обмена может быт в разы выше.

Новая микросхема квантовой оптической памяти или как ее окрестили – чип Калтеха (сокращенно от Калифорнийский технологический)  – состоит из массива модулей (ячеек памяти) размером 15×0,7 мкм. Каждый модуль в свою очередь содержит оптический резонатор из кристалла, допированного редкоземельными ионами. Он предназначен для улавливания и удержания фотонов.

В лабораторных условиях ученым из Калифорнийского института удалось удерживать фотоны в течение 75 наносекунд и после этого они содержали ту же информацию, что и до попадания в квантовую ячейку памяти. То есть определенный объем данных, хоть и очень непродолжительное время, удалось хранить в оптическом виде. После целой серии испытаний исследователи определили, что новый чип дает лишь 3% ошибок. А это очень хороший результат, особенно если учесть, что технология находится в практически зачаточном состоянии и удалось создать лишь первый рабочий прототип.

Ученые отмечают, что для того чтобы новые микросхемы квантовой оптической памяти можно было использовать в компьютерах, смартфонах, например Assistant, которые кстати можно приобрести здесь, и других электронных устройствах, время хранения фотонов в ячейке должно составлять не менее одной миллисекунды. Так что им есть еще над чем работать.

Источник информации: Калифорнийский технологический институт (http://www.caltech.edu/)