Ученые описали модель компьютера будущего

Физики из RUB (Ruhr-University Bochum, Германия) сделали серьезный шаг на пути к разработке более мощных компьютеров. Им удалось определить две маленькие квантовые точки, занятые электронами в полупроводнике, выбрать один электрон, а затем с помощью звуковой волны транспортировать его в соседнюю квантовую точку. Ученые сравнивают это путешествие электрона от одной квантовой точки к другой с плаванием рыбы на волне. Такие манипуляции с одним электроном в будущем позволят значительно более сложные сочетания квантовых битов вместо классических битов («0» и «1»).

В электрических металлических проводниках и полупроводниках, таких как кремний и арсенид галлия, электроны могут двигаться так же свободно, как рыба в воде. Внутри металла находится множество «рыб»-электронов – они заполняют почти весь объем «воды».

В полупроводниках плотность этой «рыбы» не так велика, поэтому расстояние между электронами намного большее, и они сосредотачиваются в тонком слое вблизи поверхности, к которой применяется электрическое напряжение.

Новый метод представляет собой настоящую «мечту рыбака»: вся «рыба» находится в одном слое близко к поверхности, причем можно «выудить» каждый отдельный электрон.

Несмотря на то, что в отличие от обычной, живой рыбы электроны все одинаковые, новый метод дает возможность выталкивать отдельные электроны из квантовых точек, перемещать их на определенное расстояние, а затем обнаруживать в соседних квантовых точках. Для того, чтобы идентифицировать электроны, в будущем можно использовать его спин, что позволит создавать вычислительную технику с уникальными возможностями.

В эксперименте немецких ученых электрон перемещали на расстояние 4 микрометра, что в двадцать раз больше, чем в современных транзисторах. Перемещение отдельных электронов осуществлялось следующим образом: прежде всего квантовая точка помещается между кончиками четырех электродов для формирования нульмерного объекта, содержащего несколько сотен электронов. Затем ученые направляют звуковую волну вдоль поверхности полупроводника с помощью двух электродов и высокочастотного напряжения.

В экспериментальном образце волна движется, например, слева направо, через квантовую точку со скоростью звука (внутри кристалла это около трех километров в секунду). Высота волны регулируется таким образом, чтобы она извлекала ровно один электрон, который впоследствии движется в одномерном канале. Таким образом электрон путешествует на расстояние 4 микрометра вправо.

Исследователи смогли достичь хорошей статистики повторяемости: вероятность выброса и обнаружения составила 96% и 92% соответственно.