Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Валиев К.А. -> "Квантовые компьютеры: надежды и реальность" -> 101

Квантовые компьютеры: надежды и реальность - Валиев К.А.

Валиев К.А., Кокин А.А. Квантовые компьютеры: надежды и реальность — И.: НИЦ, 2001. — 352 c.
Скачать (прямая ссылка): kvantoviekomputeri2001.pdf
Предыдущая << 1 .. 95 96 97 98 99 100 < 101 > 102 103 104 105 106 107 .. 132 >> Следующая


то есть вся структура находится в состоянии | Ш ... |), подобном

АВА

двухподрешеточному ферромагнетику. Для кодирования битов квантовой информации здесь предлагается использовать состояние не трех,
270

Глава 5

а четырех примыкающих спинов. Так логические состояния «|0)» и «|1)» представляются состояниями ячейки из двух пар спинов, соответственно, | ttll) и I -lltt)* Использование операций SWAP на основе соот-

АВАВ АВАВ

ветствующих последовательностей радиочастотных импульсов позволяет и в этом случае выполнять как однокубитовые, так и двухкубито-вые операции. Мы не будем здесь описывать процесс выполнения этих операций, поскольку подобные процессы подробно рассматриваются в следующем разделе при рассмотрении антиферромагнитного варианта ЯМР квантового автомата.

Основное преимущество ансамблевого подхода, использующего принципы клеточного автомата, отличающее его от всех других рассмотренных выше твердотельных вариантов квантового компьютера, состоит в том, что в этом случае можно вообще отказаться, если не от всех, то от многих типов затворов и соединений. К преимуществам такого компьютера относятся также возможность выполнения им как цифровых, так и квантовых вычислительных операций, а также возможность организации сравнительно простых процессов исправления ошибок, используя последовательность таких импульсов, которые осуществляют переход в короткоживущие возбужденные квантовые состояния атомов, несущих ошибочную информацию. Повышенной помехоустойчивости квантовых клеточных автоматов способствует и то, что кодирование состояний кубитов производится на состояниях нескольких спинов в ячейке [5.35, 5.38].

Современный уровень технологии может позволить реализовать такие компьютеры как на ядерных спинах, так и на электронных состояниях в полимерах или на квантовых точках.

5.4.2. ЯМР квантовый клеточный автомат на основе антиферромагнитной структуры

Основой для создания будущих ансамблевых ЯМР квантовых компьютеров возможно станут не только искусственно созданные твердотельные наноструктуры, но также и некоторые естественные кристаллы, в частности, антиферромагнетики. Здесь мы обсудим вариант ансамблевого ЯМР квантового клеточного автомата в системах с анти-ферромагнитным упорядочением электронных спинов, предложенного одним из авторов [5.39].

Рассмотрим сначала простую одномерную модель антиферромаг-
5.4. Квантовые компьютеры с архитектурой клеточных автоматов271

нетика, в которой каждый элемент представляется магнитным атомом, имеющим один электронный и один ядерный спин I = 1/2, связанные сверхтонким взаимодействием. В качестве примера возможной реализации структуры такого рода может служить бесспиновый кристалл кремния с цепочкой регулярно расположенных атомов 31Р (см. рис. 5.1), в котором однако отсутствуют какие-либо наноструктурные элементы типа затворов. Ядерные резонансные частоты va,b соседних ядерных спинов в одномерной цепочке АВАВ ... зависят от магнитных квантовых чисел ядерных соседних спинов слева т< и справа т>. Запишем для них выражение

1'А,в(т< + т>) « \g^/i^B ± А/2 - /п(га< + га>)|/27гй, (5.48)

где /п ~ А2 / J — постоянная косвенного ядерного спин-спинового взаимодействия. Магнитные диполь-дипольные взаимодействия ядерных спинов с соседними электронными спинами будут влиять лишь на величину постоянной А. В магнитных полях В ^ A/2g^fi^ ~ 3,5 Тл и при температурах Т ~ 10-3 К ядерные спины в каждой из подрешеток А и В антиферромагнитной цепочки имеют практически полностью упорядоченную периодическую структуру.

Постоянная обменного взаимодействия J ^ 2/i^B ~ 6,5 • 10-23Дж, критическая температура Нееля для антиферромагнитного упорядочения Tns ~ J/k ~ 4, 5 К, тогда как критическая температура для ядерного упорядочения Tni A2/Jk ~ 10 5К. Различие резонанс-

ных частот ядерных спинов для по разному ориентированных соседних спинов A^i ~ 1п/2тгН ~ 0, 5 МГц, тогда как резонансная частота v\ ~ 120 МГц.

Для организации вычислительных операций воспользуемся способами обращения к кубитам, аналогичными предложенным в [5.37].

Ядерные спины атомов при g^ji^B < А/2 будут ориентироваться в соответствии с ориентацией электронных спинов и образовывать в основном состоянии периодическую структуру типа АВАВ...: • • • ?

где | t) обозначает основное состояние ядерного спина в положении А, а | \) — состояние ядерного спина в состоянии В, то есть мы получаем гомоядерную систему спинов с двумя различными основными состояниями. Каждый ядерный спин в состоянии А и В в этой схеме помимо основного состояния имеет возбужденное, соответственно, | \У) и | ft). Заметим, что время жизни (спин-решеточное время релаксации Т\) возбужденного состояния при низких температурах, как уже
272

Глава 5

отмечалось, очень велико. Каждый логический кубит информации в этой схеме представляется, как и в варианте Бенжамина, состояниями четырех элементов: основное состояние логического кубита «|0)» представляется ячейкой | ILfrtl), тогда как состояние «|1)» — | 1\1ЛИТ)- Оба состояния содержат два возбужденных состояния и имеют нулевую проекцию полного ядерного спина.
Предыдущая << 1 .. 95 96 97 98 99 100 < 101 > 102 103 104 105 106 107 .. 132 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed