Ионные пучки расширяют возможности квантового будущего

22.08.21 08:41

Квантовая технология открыла целый новый мир потенциальных достижений в области безопасной связи, информационных технологий и высокоточных датчиков. Ионные пучки находят применение при разработке инновационных материалов, необходимых для новых квантовых технологий.

 

«МАГАТЭ полностью участвует во всемирных инициативах в области квантовой технологии, - сказала Ализ Саймон, физик-ядерщик МАГАТЭ. - Технологии ускорителей ионных пучков открывают новые возможности для дальнейшего изучения и развития исследований в области квантовых технологий».

 

С 2017 года МАГАТЭ объединяет экспертов со всего мира в рамках проекта координированных исследований (CRP) по разработке материалов для квантовых технологий. CRP включает разработку новых экспериментальных методов и уточнение теоретических моделей с целью понимания эффектов излучения и процессов взаимодействия ионов.

 

«Используя преимущества квантовой технологии, мы можем манипулировать структурой материалов на атомном уровне с помощью ионных пучков ускорителей, что приводит к новым типам материалов, используемых для квантовых вычислений, зондирования, криптографии, визуализации и многого другого», - сказала Ализ Саймон, возглавляющая проектную группу. Пучки ионов возникают при ускорении заряженных частиц.

 

CRP объединил экспертов из Австралии, Китая, Хорватии, Финляндии, Индии, Израиля, Италии, Японии, Сингапура, Испании и США. «Объединив разных представителей и сосредоточив усилия, мы смогли придумать новые идеи, которые мы не придумали бы по отдельности», - сказал Томас Шенкель, руководитель отдела термоядерных исследований и ионно-лучевых технологий Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, США.

 

 

Например, CRP поддержал исследователей, которые придумали, как использовать ионные пучки для создания цепочек тесно связанных квантовых битов (кубитов). Кубиты - это базовые единицы информации, более сложные и мощные, чем несущие информацию «биты», используемые в обычных вычислениях. В то время как прототипы компьютеров с 10–50 кубитами используются для разработки квантового программного обеспечения, последнее открытие показывает потенциал для формирования квантовых систем с количеством связанных кубитов до 10 000 на длине 50 микрон, что примерно равно ширине пряди человеческого волоса. 

 

«Мы хотим поиграть с этим больше, исследовать эффект, а затем интегрировать цепочки кубитов с управляющей и считывающей электроникой для приложений квантового зондирования, таких как зондирование активности нейронов в головном мозге или обнаружение редких событий взаимодействия темной материи», - сказал Шенкель.

 

Квантовые сенсоры с кубитами, сформированными с помощью ионных пучков, разрабатываются в лабораториях, участвующих в проекте. Эти датчики могут обеспечивать высокоточные измерения и улучшать работу повседневных устройств и услуг, от медицинской диагностики и визуализации до высокоточной навигации.

 

Результаты исследования были опубликованы в журнале Applied Physics Letters в феврале этого года. На сегодняшний день участниками CRP опубликовано 55 научных работ, касающихся новых материалов, моделирования и новых ускорительных технологий.

 

CRP направлен на вовлечение новичков в квантовую область. В мае МАГАТЭ организовало четырехдневный учебный семинар «Ионно-лучевая технология материалов: новые роли ускорителей для квантовых технологий». 

 

«У меня были ограниченные знания об ионных пучках, и я хотел получить глобальное и систематическое представление об этом, - сказал Зикун Го, аспирант по физике Национального университета Сингапура. - Я не думал, как высокие энергии могут быть применимы к исследованиям ионных пучков. Такой вид обучения и обсуждения были весьма полезны не только для того, чтобы собрать всех вместе, но и для того, чтобы донести различные идеи». 

 

Всего в мире созданы и работают 322 ускорителя ионных пучков.

 

Джоан Лиу, Бюро общественной информации и коммуникации МАГАТЭ

Перевел Владимир Алексеев, Energyland.info

Читайте также: