Квантові комп’ютери стануть компактніше завдяки графену
Днями в один і той же день в виданні Nature були опубліковані дві різні статті, присвячені приладу на основі графену.
Цей прилад – болометр, винайдене близько 150 років тому пристрій для реєстрації електромагнітного випромінювання. Цікаво, що обидва нових дослідження з використанням графена просунуло цей матеріал в новітню область – сферу квантових комп’ютерів. Графен, як з’ясовується, стане в нагоді навіть там.
Для зчитування стану кубітів в надпровідних квантових комп’ютерах зазвичай використовують вимір напруги і складні схеми підсилювачів, що робить конструкцію дуже громіздкою і перешкоджає нарощуванню продуктивності. Виходом може стати вимір енергії електромагнітного поля кубіта, але для цього потрібен вкрай чутливий датчик з високою швидкістю вимірювання енергії. Теоретично на цю роль годяться болометри, але до сих пір для цього не було запропоновано датчика з відповідними параметрами.
Група фінських вчених з Університету Аалто запропонувала в якості чутливого елемента болометра використовувати графен. Графен має дуже низьку теплоємність. Навіть невелика зміна енергії веде до зміни температури графена і змінює його опір, а саме так і працюють болометри. Падіння на них електромагнітне випромінювання веде до нагрівання активного елементу і через зміну його опору дозволяє виміряти енергію випромінювання.
Створене фінськими вченим пристрій виявилося здатне виміряти енергію випромінювання за 200 наносекунд або близько того, що з величезним запасом перекриває час когерентності кубітів в сучасних надпровідних квантових комп’ютерах. Чутливість приладу також виявилася рекордною для аналогічних рішень. Прилад фіксував зміна в кілька мегагерц при попаданні на нього енергії в кілька аттоватт.
Схоже за дією пристрій запропонували також дослідники з США і Південної Кореї, що знайшло відображення в другій статті в Nature. Команда з Гарвардського університету, Массачусетського технологічного інституту, Інституту фотонних наук, Пхоханского університету науки і технології (Корея) і компанії Raytheon BBN Technologies повідомила, що її графенових датчик здатний «в 100 тис. Разів перевершити комерційні аналоги».
Болометр американських вчених, як і болометр фінських дослідників, використовує у вигляді активного (реєструючого) елемента графен. Але він ще має в своїй основі так званий джозефсонівських перехід, що дозволяє додатково підвищити точність вимірювань. Стверджується, що винайдена вченими система здатна зафіксувати енергію одиночного фотона. Подібна чутливість, до речі, це не тільки шлях до квантових комп’ютерів, але також можливість створити вкрай чутливі радари, лідари та інші локаційні рішення. Тому, наприклад, все дослідження американської групи фінансуються військовими.
