Первый одноатомный транзистор открывает дорогу к реальным квантовым вычислениям // 26 Февраля 2013

Международная группа исследователей из Хельсинкского университета (Финляндия), университета Нового Южного Уэльса и Мельбурнского университета (Австралия) создала и успешно испытала первый в мире одноатомный транзистор, который не только поставил абсолютный рекорд по размерам, но и открывает новые перспективы в исследовании такого важного направления, как квантовые вычисления.

Новый финско-австралийский транзистор оставил за спиной двух сильных конкурентов – графеновый транзистор толщиной в 10 атомов, созданный в университете Манчестера (Великобритания), и одноатомный транзистор, который был создан в Корнелльском университете (США) еще в 2002 г., но не смог заработать в полную силу.

В основе разработки лежит эффект квантового туннелирования, когда микрочастица преодолевает потенциальный барьер с остаточной энергией меньше «высоты» барьера. В обычной жизни вероятность такого явления стремится к нулю – мало кто обнаруживал себя по другую сторону стены, не прикладывая к этому никаких усилий. На квантовом уровне это явление не только происходит на каждом шагу, но и является основой жизни на Земле – именно это явление позволяет Солнцу светить.

Как гласит статья, опубликованная коллективом авторов в журнале Nano Letters, созданный транзистор работает за счет последовательного квантового туннелирования отдельных электронов между атомом фосфора, источником тока и выводом транзистора, сделанным из кремния. Туннелирование можно подавлять или вызывать, управляя напряжением на близлежащем электроде размером в несколько нанометров.

Следует заметить, что, хотя ядро транзистора на самом деле имеет размер ровно в один атом, сопутствующее оборудование, особенно электрод, значительно больше по размерам (в масштабах атомов) и не позволяет упаковать существенно больше транзисторов в интегральную микросхему, чем это делается с помощью существующих полупроводниковых технологий. Тем не менее, как объясняют авторы, команда разработчиков не ставила перед собой цель создать самый маленький транзистор для традиционных компьютеров. Главной целью было создание одноатомного квантового бита, который может стать фундаментом для построения квантового компьютера. С этой точки зрения открытие трудно переоценить: весь электрический ток в этом транзисторе проходит через один единственный атом, что позволяет глубоко исследовать явления, происходящие в столь малых масштабах.

Разработчикам одноатомного транзистора удалось впервые наблюдать состояния «раскрутки» ("spin up", ускорение вращения) и «закрутки» ("spin down", замедление вращения) в отдельном атоме фосфора эти состояния можно трактовать как логические «1» и «0» соответственно. Это еще один огромный шаг к контролю логических состояний квантового бита, а главное, к созданию миниатюрного и стабильного квантового бита, который можно быстро и надежно считывать, записывать и хранить.

Подробнее о создании революционного одноатомного транзистора на основе атома фосфора и связанных с этим открытиях можно прочитать в обзоре на сайте GizMag.