Сверхскоростные компьютеры будущего вероятно будут функционировать на принципах управления отдельными электронами, используя их заряд, магнетизм и движение для достижения огромных объемов хранимых данных и высоких скоростей обработки данных при чрезвычайно низком уровне потребления энергии. Но каким образом реализовать контроль над отдельно взятым электроном, не затрагивая при этом соседние электроны? Джейсон Петта (Jason Petta), доцент из университета Принстона, недавно продемонстрировал такой метод, позволяющий контролировать отдельно взятые электроны, который является прорывом в области спинтроники и квантовых вычислений.

В своих экспериментах Джейсону Петта удалось изолировать один или два отдельных электронов. Разработанная им же технология позволила управлять их поведением простыми электронными и электрическими средствами. Более детально эта технология была описана в одном из последних выпусков журнала Science.

В экспериментах отдельные электроны были пойманы в электрических ловушках, созданных напряжением, поданным на крошечные электроды. Заключенный в этой ловушке электрон представлял собой кубит (qubit), логический элемент, используемый в области квантовых вычислений. Эти кубиты находились в ловушках, расположенных на поверхности полупроводникового чипа изготовленного из арсенида галлия, находящегося при криогенных температурах, близких к абсолютному нулю. Энергией и амплитудой движения каждого электрона можно было просто управлять изменяя напряжение на электродах ловушки, а перемещать отдельные электроны из одной ловушки (кубита) в другую можно с помощью последовательности изменений полярности напряжений электродов обоих ловушек.

В настоящее время эта технология позволяет управлять и манипулировать всего несколькими электронами, заключенными в ловушки. Для того, что бы выполнить какие-либо значимые действия и квантовые вычисления, по словам Джейсона Петта, требуются сотни и сотни тысяч таких квантовых логических элементов. Но в любом случае, проведенные исследования и их результаты являются существенным шагом в открытую дверь области высокоэффективных квантовых вычислений. В ближайшем будущем Джейсон Петта планирует создать следующий опытный образец квантового чипа, на котором будет функционировать около сотни электронных ловушек.

Данные научные исследования проводились при поддержке фондов Слоана (Sloan Foundation), Паккарда (Packard Foundation) и Национального Научного фонда (National Science Foundation).