Квантовые компьютеры существуют уже сегодня. Да, пока они требуют охлаждения для получения сверхпроводимости (хотя есть разные способы), они велики и работают только с определёнными задачами. Но есть ещё проблема хранения квантовое информации. Она рассеивается за доли секунд при взаимодействии с окружающей средой.

Потому разработка квантовых датчиков, коммуникационных систем и квантовых компьютеров является столь длительным и сложным процессом. Но, возможно одно из решений найдено.

Группа Йоханнеса Майера из Венского технического университета (TU Wien) смогла увеличить время хранения квантовой информации до нескольких часов. Для этого использовались крошечные алмазы, которые содержали намеренно привнесённые дефекты. Их изготовили в Японии. Обычный алмаз состоит из атомов углерода, но после облучения возможно внедрить в его структуру атомы азота. Это оставляет незанятое место в кристаллической решётке — так называемая азотно-замещенная вакансия. А уже атом азота и пустое место могут принимать различные состояния, так что этот дефект можно использовать для хранения квантового бита.

Для определения, сколько продержится информация в кубите, был разработан специальный микроволновой резонатор, который позволял определить, сколько энергии сохраняется в алмазе. Температура, при которой проводились измерения, составляла чуть больше абсолютного нуля.

В результате выяснилось, что алмазы могут хранить информацию в течение 8 часов, что оказалось больше предполагаемого времени. К слову, подобные эксперименты с алмазами проводились и в MIT. Правда там вместо азота использовали кремний, а также разработали метод точного размещения дефектов, что позволило повысить до максимума точность производства искусственных алмазов. Погрешность в этом случае составила всего 50 нм.

Кроме этого, алмазы могут выполнять и функцию передатчиков, поскольку являются излучателями света, а значит могут передавать квантовую информацию между устройствами. При этом отметим, что в случае передатчиков кремний оказывается предпочтительнее азота, поскольку у последнего очень широкий спектр частот, в котором идёт излучение. С другой стороны, азот дольше всех сохраняет суперпозицию.

Идеальным сценарием является создание оптической схемы, которая позволит перемещать фотонные кубиты, а затем размещать квантовую память в алмазе там, где это нужно. Мы почти реализовали эту идею

Доцент электротехники и информатики Дирк Энглунд

В целом, идея использования кристаллов для хранения информации не нова. Уже сейчас алмазы размером с половину рисового зерна и тоньше, чем лист бумаги, могут хранить в сотни раз больше информации, чем DVD. Такие объемы не кажутся чем-то поразительным, но в будущем ученые надеются получить с помощью бриллиантов емкость в миллионы раз превышающую сегодняшнюю.

Разумеется, потребуется время на разработку надёжных методик чтения и записи данных с кристаллов. Однако в перспективе возможно это станет новым носителем данных. В фантастике же подобные «кристаллические дискеты» прописались уже давно, хотя в основном — в книгах. Из экранизаций можно вспомнить разве что «Вавилон 5», где информационные кристаллы использовались землянами и не только повсеместно.