Журнал "Компьютерра" №772

Физикам из Национального института стандартов и технологий США впервые удалось запутать квантовые состояния двух осцилляторов из ионов магния и бериллия, расположенных на расстоянии четверть миллиметра друг от друга. Это важный успех в поисках границы между квантовым и классическим миром.

Как известно, квантовый мир от классического можно отличить по нескольким основным признакам. Это возможность квантовой интерференции, суперпозиции разных состояний одной частицы и запутанности состояний двух или большего количества частиц. Хрестоматийный пример - кот Шредингера, который в квантовом мире мог бы находиться в состоянии суперпозиции: ни жив, ни мертв. Но еще никому не удавалось наблюдать суперпозицию или запутанность таких крупных объектов. И до сих пор не известно - почему. То ли это просто временные технические трудности и достаточно научиться как следует изолировать крупный объект от внешнего шума, чтобы наблюдать его квантовые свойства. То ли есть какие-то принципиальные, но пока неизвестные физические ограничения, которые по мере укрупнения объекта разрушают квантовые законы.

Пока ситуация не разъяснилась, физики стремятся сделать систему попроще и побольше и добиться от нее квантового поведения. К примеру, уже удалось наблюдать квантовую интерференцию крупных молекул фуллерена С60 и суперпозицию двух токов, циркулирующих по сверхпроводящему кольцу в противоположных направлениях, а также запутанность улетевших друг от друга на десятки километров фотонов. Но запутанные состояния тяжелых частиц, разнесенных друг от друга на классические расстояния, получить сложнее. А именно такие состояния нужны для квантовых компьютеров и для систем хранения/передачи данных.

Американцы воспользовались своим богатым опытом работы с ионами в электромагнитных ловушках. Из двух пар положительных ионов бериллия-9 и магния-24, выстроенных в линию на расстоянии нескольких микрон друг от друга, они создали пару гармонических осцилляторов с ионами магния посередине. Гармонический осциллятор - это, пожалуй, самый простой и любимый физиками объект исследований. Его можно реализовать в виде маятника, грузика на пружинке, скрипичной струны, электромагнитной волны в резонаторе лазера или, как в данном случае, пары ионов в потенциальной яме поля электрода. Внутренние состояния ионов бериллия запутали, затем развели две пары на четверть миллиметра и импульсом лазера преобразовали внутренние состояния бериллия в механические колебания каждой пары магний-бериллий. Так удалось запутать два достаточно тяжелых осциллятора, которые оставались в этом состоянии сто миллисекунд, что очень долго для опытов такого рода.

Авторы полагают, что подобные эксперименты можно реализовать с различными нано- и микромеханическими резонаторами. Интересно будет попробовать запутать сразу несколько пар ионов и использовать их в квантовых вычислениях. Вполне возможно, что эта работа станет толчком для нового направления исследований, которое позволит нащупать заветную границу между квантовым и классическим миром. ГА

Косые растут быстрее

Любопытную гипотезу, объясняющую механизм роста углеродных нанотрубок, предложили химики из Университета Райса в Хьюстоне. Если гипотеза выдержит всестороннюю экспериментальную проверку, то она заметно облегчит интеграцию нанотрубок в электронику будущего.

Про углеродные нанотрубки, снискавшие популярность в последние годы, казалось бы, уже все известно: их электрические, механические и прочие свойства исследованы вдоль и поперек. Но вот механизм роста нанотрубок до сих пор остается загадкой. Да, мы научились выращивать их разными способами атом за атомом, создавая подходящую каталитическую среду. Но на выходе нанотрубки, как правило, получаются с разным диаметром, числом слоев, степенью закрученности и количеством дефектов, а значит, и с разными свойствами - от металлических до полупроводниковых. В электронике такой разброс параметров, разумеется, неприемлем. И хотя уже есть некоторые экзотические способы получения нанотрубок строго определенного типа (см. "КТ" #767), ситуация пока остается тяжелой.

К сожалению, все попытки создать теорию роста углеродных нанотрубок на основе уже развитых теорий роста кристаллов не привели к желаемому результату, и поиск новых технологий до сих пор шел практически на ощупь. Но теперь, похоже, дело сдвинулось с мертвой точки. Новая удивительно простая теория предполагает, что в процессе роста углеродная нанотрубка как бы свивается из нескольких закрученных цепочек атомов углерода. Каждая цепочка растет атом за атомом независимо от соседних. И чем больше линейных цепочек в нанотрубке (то есть чем сильнее она "перекошена"), тем быстрее ее рост.

Новая модель хорошо согласуется с численными расчетами из первых принципов и с целым рядом экспериментов. Однако дополнительная экспериментальная проверка явно не помешает. И если она окажется успешной, то новые способы выращивания и отбора углеродных нанотрубок с заданными параметрами не заставят себя ждать. ГА