Как известно, нежная и неуловимая квантовая информация обладает рядом удивительных свойств. Например, ее нельзя просто скопировать как классическую, поскольку измерение квантового кубита разрушает его квантовое состояние (то есть хранившуюся в нем информацию). Зато квантовую информацию можно телепортировать — переписать из одного кубита в другой, стирая ее в первом, так никогда и не узнав, что же в нем хранилось. Впервые эту нетривиальную процедуру удалось проделать в 1997 году для кубитов, физически реализованных в состояниях поляризации фотонов. И теперь телепортировать состояния фотонов даже на значительные расстояния уже не проблема. Но хотя квантовую информацию и удобно передавать фотонами, долго хранить ее лучше в состояниях атомов или ионов. Пять лет назад удалось впервые телепортировать закодированную в спине квантовую информацию между ионами бериллия, однако они находились в одной ловушке вблизи друг от друга.
Теперь ученые смогли продвинуться еще дальше, телепортировав квантовое состояние одного иона редкоземельного металла иттербия другому такому же. Второй ион располагался в собственной вакуумной электромагнитной ловушке в метре от первой. Впрочем, в дальнейших экспериментах это расстояние будет нетрудно увеличить.
Для телепортации ученые использовали достаточно сложную процедуру. Сначала ионы находились в основном состоянии с наименьшей энергией. Затем их возбуждали одинаковыми импульсами микроволнового излучения, загоняя в состояние суперпозиции двух квантовых уровней. После этого оба иона еще раз возбуждали пикосекундными лазерными импульсами, энергию которых ионы вскоре сбрасывали в виде единичных фотонов. Энергия или цвет этих фотонов определялись квантовыми состояниями ионов, что и позволило "вытянуть" информацию о них и передать ее на расстояние. По световодам испущенные атомами фотоны попадали в оптическую систему из полупрозрачного зеркала и фотодетекторов, которая позволила определить, что ионы находятся в запутанном состоянии. Наконец, состояние одного из них измеряли с помощью процедуры, известной как квантовая томография, и восстанавливали такое же квантовое состояние второго иона дополнительным микроволновым импульсом.
Авторы считают, что этот метод может стать основой ионной квантовой памяти для пока иллюзорных квантовых компьютеров и уже существующих квантовых телекоммуникационных систем. Теперь ученые собираются повысить вероятность успеха телепортации, поместив ионы в специальные оптические ловушки, которые лучше изолированы от влияния внешней среды. ГА
Физики-теоретики из Ренсселерского политехнического института показали, что электронными характеристиками графена можно управлять, меняя химические свойства подложки. Если их выкладки подтвердятся в ходе экспериментов, многие препятствия, стоящие на пути использования этого уникального материала в электронике, вскоре удастся преодолеть.
В последние годы научные журналы буквально пестрят публикациями о графене. Благодаря своей плоской структуре, вкупе с высокими прочностью, теплопроводностью и скоростью движения электронов, этот материал является наиболее вероятным кандидатом на роль заместителя кремния в наноэлектронике будущего. Из графена уже сделаны отменные транзисторы и другие компоненты электронных схем, но несмотря на впечатляющие успехи ученых, до массового производства подобных устройств пока далеко.
Одна из проблем состоит в том, что при изготовлении графена только часть получаемых чешуек обладает полупроводниковыми свойствами, а оставшиеся ведут себя как металл. И отделить их друг от друга крайне трудно. А плохо контролируемый разброс параметров ставит крест на массовом производстве.
Чтобы понять, почему так происходит, ученые выполнили квантово-механические расчеты и обнаружили, что все дело в подложке, на которой выращиваются слои графена. Обычно для этих целей используется диоксид кремния. Если его обогатить кислородом, то формируются полупроводниковые структуры, а если подложку обработать водородом, то на ней вырастает "металлический" графен. Такой способ управления свойствами графена сравнительно легко реализовать на практике, и это обещает одним махом снять массу технологических проблем.
Теперь слово за экспериментаторами. Если предсказания теоретиков подтвердятся, новые успехи углеродной электроники не заставят себя ждать. ГА
К цепочке экспериментов, моделирующих возникновение жизни, добавилось новое звено. Но прежде чем приступить к рассказу о нем, необходимо вступление.