Новый прорыв в области спинтроники сделали физики Калифорнийского университета в Сан-Диего. Они разработали полупроводниковое устройство, в котором вместо заряда используется спин электрона.

"Изюминка" разработки в особой геометрии устройства, которое представляет собой серию взаимосвязанных логических вентилей. Каждый такой вентиль состоит из пяти магнитных контактов на поверхности полупроводника. Магнитное состояние контактов определяется спином электронов. Четыре таких контакта используются для выполнения логических операций за счет движения электронов между ними, а пятый используется для считывания результата.

Правда, прототип устройства еще не создан, но физики уверяют, что для его создания могут быть использованы только доступные технологии. Также они заявляют, что новое устройство будет более масштабируемым и более производительным, чем обычные кремниевые чипы.

Сообщение было опубликовано в журнале "Nature" (Vol. 447, P. 573-576, 31.05.2007).

* * *

Очередной рекорд дальности передачи световых импульсов, которые могут, в принципе, использоваться для генерации "квантового ключа" для систем квантовой криптографии, по оптоволоконному каналу поставила международная группа исследователей из Национального института стандартов и технологий (NIST, США), японской NTT Corp. и Стэнфордского университета. На сей раз дальность составила 200 км. Характерно, что в эксперименте использовались, в основном, стандартные компоненты, а передача осуществлялась на обычных телекоммуникационных частотах. Кроме того, был поставлен и рекорд скорости передачи данных в системах такого рода: данные передавались со скоростью 10 миллиардов световых импульсов в секунду.

В данном эксперименте ключ для шифровки данных не передавался. Но особенностью эксперимента было использование сверхбыстрых полупроводниковых однофотонных детекторов, разработанных в России. Российские детекторы были выбраны потому, что они отличаются низким уровнем ошибок в силу глубокого охлаждения и высоким быстродействием.

Физики считают, что данный подход может быть использован в наземных защищенных каналах связи, а также в беспроводных системах, использующих спутники связи.

Результаты опубликованы в "Nature Photonics" (Vol. 1, P. 343-348, 01.06.2007).

* * *

А физики Гарвардского университета предложили для создания стабильных, хорошо управляемых квантовых регистров, работающих при комнатной температуре, использовать ядра углерода-13 в алмазах. В данном случае также предполагается для кодирования квантовых битов утилизировать спиновые состояния ядер. Главная проблема - очень слабое взаимодействие ядерных спинов с окружением. Оно дает возможность хорошо изолировать спиновые состояния, но оно же создает трудности для манипулирования отдельными ядрами.

Гарвардские ученые прибегли к технике непрямого воздействия на ядра отдельных атомов путем манипулирования окружающим отдельным электроном, чей спин может контролироваться с помощью оптического или микроволнового излучения. При этом спин электрона действует как своего рода очень чувствительный магнитный зонд с большим пространственным разрешением. Посредниками в этом процессе выступают атомы азота, которые замещают атомы углерода в кристаллической решетке. Таким образом удается создавать квантовые биты на ядерных спинах с временем когерентности в несколько секунд.

Физики считают, что их схема, в принципе, масштабируема и позволит создать надежные квантовые регистры, взаимодействующие между собой с помощью оптических фотонов.

Сообщение опубликовано в журнале "Science" (Vol. 316, No. 5829, P. 1312-1316, 01.06.2007).

* * *

Французские физики в журнале "Science" (Vol. 316, No. 5828, P. 1169-1172, 25.05.2007) опубликовали результаты своей работы, которые, как они считают, также могут способствовать реализации квантовых компьютеров. В своем эксперименте ученые использовали известный и широко применяемый полупроводник арсенид галлия, который легировали таким образом, что на одном его конце образовывалась квантовая точка, на другом - достаточно большая зона 2-мерного электронного газа (2D electron-gas или 2DEG), а между ними - туннельный барьер. Затем через квантовую точку они пропустили переменный ток, а к туннельному барьеру приложили постоянное напряжение. В результате достигался сдвиг энергетических уровней электронов в квантовой точке, и электроны могли перемещаться в область 2-мерного электронного газа и обратно в течение очень короткого промежутка времени, исчисляемого наносекундами. Квантовая точка, таким образом, служила источником единичных электронов.

Теперь, чтобы создать на этой основе кюбиты, физикам необходимо добиться, чтобы две квантовые точки могли генерировать электроны когерентно и чтобы получаемое в результате запутанное состояние могло сохраняться, по крайней мере, в течение микросекунды.

Сергей САНЬКО