Эксперт № 48 (2013) - Эксперт Эксперт

Иными словами, оказалось, что, если улучшить качество алмаза и научиться искусственно управлять такими отдельными атомами, из них, по идее, можно получить очень надежные квантовые биты (кубиты, единицы хранения и передачи информации). То есть с такими примесными системами в алмазах можно делать практически все, что мы с таким трудом научились делать с отдельными атомами, но при этом нам уже не потребуется создавать особые условия — не нужны будут вакуум, очень низкие температуры и тому подобное.

Наша первоначальная идея заключалась в том, чтобы использовать эти алмазные примеси, которые в специальной литературе называются NV-центрами, или азотозамещенными вакансиями, по традиционной схеме, в качестве тех же квантовых репитеров. И этим магистральным направлением мы в принципе продолжаем заниматься и сейчас, как, впрочем, и многие другие научные лаборатории по всему миру: думаю, что в эту работу вовлечено уже порядка сотни различных групп.

Первые эксперименты с использованием NV-центров были проведены в нашей гарвардской лаборатории и группой, возглавляемой Йоргом Рафтрупом и Федором Железко, в Штутгартском университете, причем с Железко и его коллегами мы активно сотрудничали на начальных этапах. Интересно, что мы подошли к этой проблеме, отталкиваясь от квантовой оптики и квантовой информатики, тогда как Федор и Йорг занимались непосредственно физической природой и свойствами этих примесей, и именно они первыми обнаружили их удивительные возможности.

И самое главное их достоинство в том, что в качестве кубитов-кандидатов при комнатной температуре им пока просто нет альтернативы. В частности, еще несколько лет назад нам удалось в ходе эксперимента записать информацию в спин (электронный магнитный момент) такого NV-центра, а затем превратить ее в оптическую информацию, то есть считать в виде одиночного фотона.

В прошлом же году мы смогли осуществить эксперимент, в результате которого промежуток времени между записью такой информации и ее последующим считыванием составил порядка нескольких секунд. А когда мы только начинали эту работу, подобное состояние сохранялось всего около одной миллионной секунды.

— Каковы, по- вашему, практические перспективы этого магистрального направления?

— Один из возможных практических выходов от этой новой схемы — создание квантовых кредитных карт на алмазах. Но, скорее всего, более близкой перспективой станет создание первого рабочего прототипа комнатного мини-квантового компьютера (буквально пару недель назад такой протопип, сохраняющий стабильность при комнатной температуре на протяжении почти сорока минут, был уже продемонстрирован группой Майка Теволта из канадского Университета Саймона Фрейзера. — « Эксперт» ).

— А что вообще мешает создать нормально работающий квантовый компьютер?

— Главная проблема, безусловно, в том, что все квантовые состояния по своей природе крайне хрупкие и недолговечные. И даже в тех же NV-центрах в алмазах, как только начинаешь связывать друг с другом несколько кубитов, эта хрупкость системы сразу проявляется.

Как вообще работает квантовая память по этой схеме? NV-центры состоят из электронов, и обычно используются их магнитные моменты, спины. Эти магнитные моменты (состояния электронов) легко записать и легко затем считать, потому что в зависимости от того, каким именно магнитным моментом обладают электроны, NV-центр светит либо ярче, либо тусклее. То есть он может иметь два различных состояния и тем самым является идеальным кубитом. Но при этом такие электроны изолированы от внешнего мира довольно слабо, и при комнатной температуре самое длинное время жизни электронов, которое кому-либо удавалось зафиксировать, составляло всего одну тысячную секунды.

Нам же удалось резко увеличить это время благодаря тому, что мы смогли записать информацию в отдельные ядерные спины, в одиночные атомы углерода в алмазной кристаллической решетке. В нашем эксперименте мы использовали специальный алмаз, выращенный из изотопа углерода, у которого не было ядерного спина. Мы добавили туда один-единственный ядерный спин, чтобы сначала записать содержащуюся в нем информацию, а затем ее считать обратно. И добились результата в те самые несколько секунд. А при последующем усовершенствовании методики, думаю, можно будет добиться и нескольких часов.

Но давайте я лучше вам наконец расскажу о наиболее близком практическом приложении всей этой нашей деятельности, связанной с использованием азотных примесей в алмазах. Как оказалось, для различного рода тонких измерений пресловутая хрупкость таких квантовых систем — это плюс, а не минус, потому что малейшие возмущения, которые в них возникают, сразу же производят значительный эффект, который легко зафиксировать и измерить. Отсюда, собственно, и возникла идея квантовой метрологии — искусственного создания какого-то специального квантового состояния системы и последующего наблюдения за тем, как это состояние изменяется под внешним воздействием. И в этом, в частности, состоит основной принцип работы самых точных атомных часов, а также различных систем, измеряющих магнитные поля.

Наши же эксперименты с алмазными примесями показали, что мини-квантовые компьютеры, состоящие всего из нескольких квантовых битов, которые мы уже научились делать, можно эффективно использовать в качестве сверхчувствительных измерителей процессов, происходящих на очень малых расстояниях.

Попробую пояснить эту технологию на конкретном примере. Сегодня использование магнитного резонанса в медицине — один из самых мощных и важных видов диагностики, но вплоть до самого недавнего времени об измерениях на молекулярном уровне или на уровне отдельных клеток можно было только мечтать, поскольку разрешения у стандартных томографов для подобных наноразмерностей, мягко говоря, не хватает. Однако, если использовать отдельные примеси в алмазе (или маленькую группу таких примесей), можно приготовить такие особые квантовые состояния, которые позволят производить реальные измерения ядерных магнитных резонансов на подобных наноуровнях.

Более того, такие примесные системы отлично подходят и для измерения других возмущений в живых клетках. Так, в одной из последних работ на основе этих систем нам удалось точно измерить температуру отдельных живых клеток, и на базе данной технологии теперь появляется очень заманчивая возможность селективного контроля и прямого воздействия на различные группы клеток, например тонкого отсева здоровых и больных клеток с последующим уничтожением последних.

Представьте себе только, насколько важной может стать перспектива сверхбыстрого и сверхточного детектирования различных раковых клеток в человеческом организме на основе использования подобных квантовых сенсоров! Причем я вовсе не исключаю, что уже в ближайшие пять—десять лет это направление станет одной из самых революционных технологий.    

Почему мы теряем Северный Кавказ

Михаил Романов, кандидат социологических наук, директор по исследованиям агентства социальных технологий «Политех».

Отток русских из северокавказских республик приводит к социально-культурному отделению региона от России. Официальная нацполитика предпочитает эту тенденцию игнорировать.

Во властных элитах северокавказских регионов практически не осталось русских

Фото: Ольга Кравец / Saltimages

Альфой и омегой российской национальной политики сегодня принято считать создание и укрепление единой российской нации. При этом за скобками, как правило, остается вопрос, на какой основе этот процесс должен осуществляться. Впрочем, ответ в целом очевиден и может быть найден, например, в предвыборной статье Владимира Путина «Россия: национальный вопрос», где президент назвал русский народ скрепляющей тканью уникальной российской цивилизации. Действительно, в России основой построения единой нации может быть только русская культура, русский язык и собственно русский народ как их носитель. К примеру, что общего у нивха и аварца кроме русскости?

В то же время очень разные политики и общественные деятели, от коммунистов до либералов-западников, все чаще говорят об угрозе исчезновения русского народа. Если для России в целом подобные прогнозы выглядят скорее мрачным апокалиптическим вымыслом, то отсутствие русских в Чечне и Ингушетии, а также перманентное сокращение русского населения в остальных северокавказских республиках — это объективная реальность. И реальность эта ставит под большой вопрос не только создание российской нации как минимум на территории Северного Кавказа, но и само нахождение Северного Кавказа в составе Российской Федерации.