Читать онлайн «Эксперт № 48 (2013)». Страница 20

Иными словами, оказалось, что, если улучшить качество алмаза и научиться искусственно управлять такими отдельными атомами, из них, по идее, можно получить очень надежные квантовые биты (кубиты, единицы хранения и передачи информации). То есть с такими примесными системами в алмазах можно делать практически все, что мы с таким трудом научились делать с отдельными атомами, но при этом нам уже не потребуется создавать особые условия — не нужны будут вакуум, очень низкие температуры и тому подобное.

Наша первоначальная идея заключалась в том, чтобы использовать эти алмазные примеси, которые в специальной литературе называются NV-центрами, или азотозамещенными вакансиями, по традиционной схеме, в качестве тех же квантовых репитеров. И этим магистральным направлением мы в принципе продолжаем заниматься и сейчас, как, впрочем, и многие другие научные лаборатории по всему миру: думаю, что в эту работу вовлечено уже порядка сотни различных групп.

Первые эксперименты с использованием NV-центров были проведены в нашей гарвардской лаборатории и группой, возглавляемой Йоргом Рафтрупом и Федором Железко, в Штутгартском университете, причем с Железко и его коллегами мы активно сотрудничали на начальных этапах. Интересно, что мы подошли к этой проблеме, отталкиваясь от квантовой оптики и квантовой информатики, тогда как Федор и Йорг занимались непосредственно физической природой и свойствами этих примесей, и именно они первыми обнаружили их удивительные возможности.

И самое главное их достоинство в том, что в качестве кубитов-кандидатов при комнатной температуре им пока просто нет альтернативы. В частности, еще несколько лет назад нам удалось в ходе эксперимента записать информацию в спин (электронный магнитный момент) такого NV-центра, а затем превратить ее в оптическую информацию, то есть считать в виде одиночного фотона.

В прошлом же году мы смогли осуществить эксперимент, в результате которого промежуток времени между записью такой информации и ее последующим считыванием составил порядка нескольких секунд. А когда мы только начинали эту работу, подобное состояние сохранялось всего около одной миллионной секунды.

— Каковы, по- вашему, практические перспективы этого магистрального направления?

— Один из возможных практических выходов от этой новой схемы — создание квантовых кредитных карт на алмазах. Но, скорее всего, более близкой перспективой станет создание первого рабочего прототипа комнатного мини-квантового компьютера (буквально пару недель назад такой протопип, сохраняющий стабильность при комнатной температуре на протяжении почти сорока минут, был уже продемонстрирован группой Майка Теволта из канадского Университета Саймона Фрейзера. — « Эксперт» ).

— А что вообще мешает создать нормально работающий квантовый компьютер?

— Главная проблема, безусловно, в том, что все квантовые состояния по своей природе крайне хрупкие и недолговечные. И даже в тех же NV-центрах в алмазах, как только начинаешь связывать друг с другом несколько кубитов, эта хрупкость системы сразу проявляется.

Как вообще работает квантовая память по этой схеме? NV-центры состоят из электронов, и обычно используются их магнитные моменты, спины. Эти магнитные моменты (состояния электронов) легко записать и легко затем считать, потому что в зависимости от того, каким именно магнитным моментом обладают электроны, NV-центр светит либо ярче, либо тусклее. То есть он может иметь два различных состояния и тем самым является идеальным кубитом. Но при этом такие электроны изолированы от внешнего мира довольно слабо, и при комнатной температуре самое длинное время жизни электронов, которое кому-либо удавалось зафиксировать, составляло всего одну тысячную секунды.

Нам же удалось резко увеличить это время благодаря тому, что мы смогли записать информацию в отдельные ядерные спины, в одиночные атомы углерода в алмазной кристаллической решетке. В нашем эксперименте мы использовали специальный алмаз, выращенный из изотопа углерода, у которого не было ядерного спина. Мы добавили туда один-единственный ядерный спин, чтобы сначала записать содержащуюся в нем информацию, а затем ее считать обратно. И добились результата в те самые несколько секунд. А при последующем усовершенствовании методики, думаю, можно будет добиться и нескольких часов.

Но давайте я лучше вам наконец расскажу о наиболее близком практическом приложении всей этой нашей деятельности, связанной с использованием азотных примесей в алмазах. Как оказалось, для различного рода тонких измерений пресловутая хрупкость таких квантовых систем — это плюс, а не минус, потому что малейшие возмущения, которые в них возникают, сразу же производят значительный эффект, который легко зафиксировать и измерить. Отсюда, собственно, и возникла идея квантовой метрологии — искусственного создания какого-то специального квантового состояния системы и последующего наблюдения за тем, как это состояние изменяется под внешним воздействием. И в этом, в частности, состоит основной принцип работы самых точных атомных часов, а также различных систем, измеряющих магнитные поля.

Наши же эксперименты с алмазными примесями показали, что мини-квантовые компьютеры, состоящие всего из нескольких квантовых битов, которые мы уже научились делать, можно эффективно использовать в качестве сверхчувствительных измерителей процессов, происходящих на очень малых расстояниях.

Попробую пояснить эту технологию на конкретном примере. Сегодня использование магнитного резонанса в медицине — один из самых мощных и важных видов диагностики, но вплоть до самого недавнего времени об измерениях на молекулярном уровне или на уровне отдельных клеток можно было только мечтать, поскольку разрешения у стандартных томографов для подобных наноразмерностей, мягко говоря, не хватает. Однако, если использовать отдельные примеси в алмазе (или маленькую группу таких примесей), можно приготовить такие особые квантовые состояния, которые позволят производить реальные измерения ядерных магнитных резонансов на подобных наноуровнях.

Более того, такие примесные системы отлично подходят и для измерения других возмущений в живых клетках. Так, в одной из последних работ на основе этих систем нам удалось точно измерить температуру отдельных живых клеток, и на базе данной технологии теперь появляется очень заманчивая возможность селективного контроля и прямого воздействия на различные группы клеток, например тонкого отсева здоровых и больных клеток с последующим уничтожением последних.

Представьте себе только, насколько важной может стать перспектива сверхбыстрого и сверхточного детектирования различных раковых клеток в человеческом организме на основе использования подобных квантовых сенсоров! Причем я вовсе не исключаю, что уже в ближайшие пять—десять лет это направление станет одной из самых революционных технологий.    

Михаил Романов, кандидат социологических наук, директор по исследованиям агентства социальных технологий «Политех».

Отток русских из северокавказских республик приводит к социально-культурному отделению региона от России. Официальная нацполитика предпочитает эту тенденцию игнорировать.

Во властных элитах северокавказских регионов практически не осталось русских

Фото: Ольга Кравец / Saltimages

Альфой и омегой российской национальной политики сегодня принято считать создание и укрепление единой российской нации. При этом за скобками, как правило, остается вопрос, на какой основе этот процесс должен осуществляться. Впрочем, ответ в целом очевиден и может быть найден, например, в предвыборной статье Владимира Путина «Россия: национальный вопрос», где президент назвал русский народ скрепляющей тканью уникальной российской цивилизации. Действительно, в России основой построения единой нации может быть только русская культура, русский язык и собственно русский народ как их носитель. К примеру, что общего у нивха и аварца кроме русскости?

В то же время очень разные политики и общественные деятели, от коммунистов до либералов-западников, все чаще говорят об угрозе исчезновения русского народа. Если для России в целом подобные прогнозы выглядят скорее мрачным апокалиптическим вымыслом, то отсутствие русских в Чечне и Ингушетии, а также перманентное сокращение русского населения в остальных северокавказских республиках — это объективная реальность. И реальность эта ставит под большой вопрос не только создание российской нации как минимум на территории Северного Кавказа, но и само нахождение Северного Кавказа в составе Российской Федерации.