Компьютерра - Журнал «Компьютерра» № 23 от 20 июня 2006 года

Эксперименты с такими кубитами запланированы на следующее лето. Сейчас мы строим «чистую комнату», в которую будет установлен электронный литограф (он стоит 1,2 млн. евро, финансирование идет из госбюджета, по целевым программам). Это оборудование позволяет создавать структуры по 32-нанометровой технологии, их мы будем использовать для экспериментов с квантовыми устройствами. Первая задача — создать хотя бы пару кубитов и научиться ими управлять.

Еще один экспериментальный проект связан с высокотемпературными сверхпроводниками (ВТСП).

Владимир Лукичёв: В нашем институте ведется и проект по созданию так называемого р-контакта. В этом случае кубит создается на границе ВТСП двух разных типов (SDS-переход). Потенциальная энергия такого перехода имеет два минимума, при значениях фазовой переменной 0 и р. Они соответствуют двум базовым состояниям кубита.

Часть экспериментов по этому направлению мы выполняем совместно с одним из университетов Дании, а также с Институтом радиотехники и электроники РАН.

Четвертое направление экспериментальных исследований — кубиты на ионных ловушках — находится в стадии планирования. По этой технологии в мире уже получены сложные квантовые состояния десятков ионов меди или магния. Для такой работы нужна серьезная лазерная техника, и сейчас налаживается сотрудничество с Каширским лазерным центром.

В лаборатории есть и теоретический проект — КК на квантовых точках с оптическим управлением.

Александр Цуканов: Квантовые точки называют еще искусственными атомами. Это макрообъекты, разделенные полупроводником с параметрами, позволяющими удерживать в каждой точке отдельные электроны. Поэтому квантовые точки можно «заселять» определенным количеством электронов. Они допускают кодировку квантовой информации, устойчивую к некоторым типам шумов (а это главная проблема при конструировании кубитов). Квантовая информация, закодированная таким способом, может храниться долго — по квантовым меркам, конечно: от десятков наносекунд до микросекунд. Пару квантовых точек можно трактовать как кубит: электрон в левой точке — ноль, в правой — единица.

Сейчас в мире, в том числе и в России, идет много проектов по квантовым точкам, считается, что это одно из самых перспективных направлений, в частности потому, что квантовые точки сравнительно легко изготовить, причем можно контролировать их форму, размеры и состав.

Впрочем, как заметил Юрий Богданов, никто пока не может сказать, на какую из технологий кубитового харда надо делать ставку. ФТИАН стремится следовать принципу «пусть расцветают сто цветов» — но в применении к кубитам ни одна организация на планете не может воплотить этот принцип в полной мере. В институте отдают предпочтение твердотельным технологиям, но и они так разнообразны, что охватить все невозможно.

Еженедельный семинар лаборатории Валиева его участники сравнивают с гоголевской «Шинелью» — он объединяет почти всех ученых, занимающихся КК в России. Институт сотрудничает с коллегами из стран СНГ (Белоруссия, Армения), есть совместные проекты с университетами Дании и Франции, с Академией наук Словакии. Но все это чисто научные связи. Исследования по квантовому харду и софту пока не могут приносить денег непосредственно из промышленности. Институт зарабатывает деньги на других вещах — плазменных технологиях, например. Квантовый компьютинг — задел на будущее, а главное — возможность заниматься действительно фундаментальными проблемами.

Юрий Ожигов: Эксперименты по КК — это моя точка зрения — передний край физики. Всей физики. Здесь проверяются фундаментальные основы квантовой теории многочастичных систем. Чем сложнее состояния, чем больше частиц, тем быстрее наступает декогерентность — разрушение квантового состояния, в котором только и может работать КК. А декогерентность сводится к коллапсу волновой функции — это некий артефакт квантовой физики. Он лежит, строго говоря, за пределами квантовой теории в ее нынешнем варианте. И здесь возможны любые фантазии.

Эксперименты с разными технологиями КК как раз и проверяют те механизмы, которые есть в формализме квантовой механики. Но сам этот формализм уже не допускает введения новых механизмов. То есть все подобные проблемы уходят куда-то вдаль…

С этими проблемами связаны идеи из известных книг Роджера Пенроуза — о природе коллапса волновой функции, даже о квантовых механизмах сознания. Скажите, в среде практически ориентированных физиков такие вещи обсуждаются?

Юрий Ожигов: Каждый второй наш семинар завершается обсуждением чего-то в этом роде. Но с этим надо бороться. Потому что физика все-таки должна оставаться естественной наукой, в этом ее сила. Она должна не философию осваивать, а скорее химию, вот куда она должна идти.

Владимир Лукичёв: Согласен. Один мой сотрудник любит провоцировать меня на «философские» разговоры. А я ему отвечаю: за всю историю науки философские представления ни разу не помогли сделать в физике что-то конкретное.

Но у Пенроуза же есть целая исследовательская программа по проблеме коллапса волновой функции?

Юрий Ожигов: Пенроуз — серьезный математик. Он развивает свои идеи, связанные с космологией, с тяготением. Коллапс волновой функции он связывает с тяготением на микромасштабах.

Владимир Лукичёв: Именно здесь передний край физики (как сказал Юрий) смыкается, если так можно выразиться, с задним ее краем, связанным с космологией. И вот тут как раз остается место и для «философской» прослойки, и для всевозможных спекуляций.

Возвращаясь к проблеме КК — какое резюме можно дать, в двух словах?

Юрий Ожигов: Теоретические возможности КК мы знаем сегодня очень хорошо. Самое интересное — существует ли он вообще (масштабируемый вариант). Это вопрос вопросов.

Группа авторитетных специалистов по квантовой физике (в том числе и Артур Экерт, один из главных активистов квантовой информатики в мире, чье обширное интервью вышло в 200 году в «КТ» #373) год назад опубликовала трехстраничный трактат под названием «Квантовая физика от А до Я» («Quantum physics from A to Z»; arXiv:quant-ph/0505187). Он состоит из комментариев к высказываниям, приписываемым австрийскому профессору Антону Цайлингеру (Anton Zeilinger), одному из современных «гуру» этой науки, — широкая публика знает его как руководителя знаменитых экспериментов по квантовой телепортации. Трактат был выпущен в ходе венской конференции QUPON (Quantum Physics of Nature).

Вот выдержки из этого замечательного документа, где тесно переплелось шутливое и серьезное. Судя по всему, квантовая теория сегодня — на переднем крае не только серьезной, но и шуточной физики. — Л.Л.М.

Поскольку «Принцип Цайлингера» уже начинают обсуждать философы [1—3], мы решили выяснить точку зрения научного сообщества — что же это такое может быть? Начнем с (крайне неполного) собрания утверждений, приписываемых Антону Цайлингеру.

— Квантовой информации не существует. Есть только квантовый способ работы с информацией.

— Фотоны — это щелчки в детекторе фотонов.

— Описание экспериментов с фотонами не должно использовать термин «вакуум».

— Объективная случайность — вероятно, самый важный элемент квантовой физики.

— Что отнести к классическим явлениям, а что к квантовым — всего лишь вопрос денег.

— Все простые эксперименты уже проведены.

— Хорошая (научная) статья должна быть «секси»[ Раньше я пропагандировал перевод слова «sexy» как «прикольно». После дискуссии по поводу истинного смысла слова «прикольно», а также прикольности как таковой («КТ» #631) не вижу лучшего варианта, чем прямое калькирование. Если в русском языке есть слово «секс», почему в нем не может появиться слово «секси»? Раз уж встали на этот путь, сворачивать поздно. — Л.Л.-М.].

Чтобы стимулировать обсуждение, мы приводим наши личные мнения по поводу Цайлингеровской философии физики.

Маркус Арндт (Markus Arndt): Должен существовать объект такого размера, что монетарных ресурсов всех стран мира не хватит, чтобы изолировать его в квантовом состоянии. Но для вирусов или бактерий, возможно, это действительно вопрос денег и технических инноваций.

Райнгольд Бертлманн (Reinhold Bertlmann): Не только статьи должны быть «секси» — их авторы тоже!

Давид Мермин (N. David Mermin): В прошлом году я написал колонку в Physics Today — о том, говорил ли когда-либо Бор то, что говорят, что он говорил, и еще одну о том, что Фейнман вряд ли сказал то, что все говорят, что он сказал (потому что на самом деле это сказал я). Поэтому я с большим подозрением отношусь и к тому, что говорят о том, что будто бы сказал Антон Цайлингер. Надеюсь, я выразился достаточно ясно. Перехожу к комментариям.