Японские исследователи разработали систему производства алмазов с очень высокой степенью чистоты. Их цель - использовать их в качестве компонентов для квантовых компьютеров, благодаря их особым свойствам. Полученные алмазы могут хранить эквивалент одного миллиарда дисков Blu-ray на диске диаметром 5 сантиметров.
"Диаметр вновь разработанной алмазной пластины составляет 2 дюйма (около 55 мм), что гораздо больше, чем имеющиеся в настоящее время кристаллы размером 4 мм × 4 мм", — говорится в пресс-релизе компании Namiki Precision Jewel Co, которая разработала новый материал совместно с Университетом Сага. Эти алмазные "срезы" могут быть использованы в качестве носителей информации в квантовых компьютерах.
Квантовый компьютер опирается на принципы квантовой физики для выполнения своих вычислений. Квантовая физика - это наука, изучающая поведение материи и света на микроскопическом, или атомном, уровне. Действительно, наблюдая за материей в таких масштабах, ученые постепенно обнаружили, что она ведет себя совершенно неинтуитивно по сравнению с классической физикой. Именно изучение этих форм поведения позволило выявить новые физические принципы. Они исследуются и по сей день. Одно из конкретных применений этой физики - создание квантовых компьютеров.
Классический компьютер основан на "битах". Они являются основной единицей информации. Бит может находиться в состоянии 0 или 1, и именно на этих 0 и 1 основаны все более сложные коды в компьютерах, составляющие программы. В квантовом компьютере используются "кубиты". Они могут быть как 0, так и 1, в суперпозиции состояний. Это известно как "квантовым принципом суперпозиции".
Более конкретно, то, что называется "кубитами", на самом деле является атомами, которые "организованы" различными способами так, чтобы они взаимодействовали друг с другом и переходили в квантовые состояния, необходимые компьютеру. Используются различные типы атомов и различные системы. Например, существуют "магнитные ловушки" для положительных ионов. Алмаз - еще одна перспективная система хранения кубитов, исследования которой ведутся уже несколько лет.
Особый дефект в структуре кристалла, известный как "азотно-лаковый центр", или NV, может быть использован для хранения данных в виде квантовых битов. "NV-центр состоит из атома азота и соответствующей щели в решетке алмаза. Этот NV-центр может формировать крошечные магнитные силы и функционировать как квантовая память на атомном уровне", — объясняют исследователи. Однако эта система сталкивается с некоторыми трудностями. Именно атом азота обеспечивает его работу. Однако слишком большое количество азота в алмазе нарушает его возможности квантовой памяти. В идеале, следовательно, нам нужно создать очень чистый алмаз, но достаточно большой, чтобы обеспечить "место для хранения". Но это нелегкая задача.
Обычно (не природные) алмазы изготавливаются путем выращивания кристаллов на плоской поверхности - подложке. Но если они слишком большие, то могут легко треснуть под нагрузкой. Поэтому на этот раз исследователи применили другой метод. Они использовали не плоскую поверхность, а поверхность в форме лестницы, чтобы по-разному распределить напряжение и избежать растрескивания.
Таким образом, им удалось создать алмаз размером чуть более пяти сантиметров с очень высокой степенью чистоты. Они назвали его Kenzan Diamond. По их словам, по объему памяти он может хранить эквивалент миллиарда дисков Blu-ray. Для сравнения, однослойный диск Blu-ray вмещает 25 Гб данных. Таким образом, емкость хранилища алмаза составит 25 экзабайт, что, по словам компании, "эквивалентно всем мобильным данным, распространенным в мире за один день".
Сверхчистая алмазная пластина (диаметр 55 мм), полученная исследователями. Слева внизу для сравнения представлен кристалл размером 4 мм × 4 мм, доступный в настоящее время.
Ученые надеются выпустить материал в продажу в 2023 году и уже работают над увеличением его размера в два раза - до десяти сантиметров. Их результаты будут представлены 10 мая 2022 года на Международной конференции по технологии производства сложных полупроводников.
