В двух октябрьских номерах "Applied Physics Letters" (Vol. 79, No. 14, 17) Д. К. Ферри (D. K. Ferry) с коллегами из группы конструирования квантовых полупроводниковых устройств Государственного университета Аризоны представил результаты теоретических исследований возможности использования квантовых волноводов для реализации квантового логического элемента "управляемое НЕТ" - основы будущих квантовых процессоров, которые развивали бы несравнимое с процессорами обычной архитектуры быстродействие.

Интерес к такого рода устройствам вызван прежде всего тем, что, как ожидается, уже в ближайшие десять лет миниатюризация полупроводниковых приборов приведет к тому, что характерные размеры логических элементов станут меньшими 50 нм. При таких масштабах законы классической физики перестают быть применимыми и необходим учет квантовых свойств субатомных частиц (в частности, электронов). Это связано с тем, что принцип неопределенности налагает ограничения на минимальные размеры электронного волнового пакета, которые оказываются порядка нескольких нанометров. Трудности заключаются в выработке эффективного формализма для процессов квантового переноса ("International Journal of High Speed Electronics and Systems", 2001, Vol. 11, No. 2).

Для преодоления существующих трудностей ученые предлагают использовать управляемые магнитным полем квантовые волноводы. Свой подход они основывают на том, что ключевым для многих квантовых вычислительных алгоритмов является выполнение Фурье-преобразования. А это, в свою очередь, позволяет в целом ряде вычислительных задач использовать только волновые свойства частиц. Моделируемый Д. К. Ферри квантовый логический NOT-гейт представляет собой два квантовых проводника с настраиваемой связующей областью. Если к этой области прилагается внешнее магнитное поле, то происходит переключение электронного потока из одного канала в другой. Моделирование заключалось в решении уравнения Шрёдингера методом согласования мод (mode matching) Юсуки. Исследовался волновод сечением 35x40 нм² в двухмерном электронном газе с поверхностной плотностью 1,4*10¹¹ см^-2 и энергией Ферми 5 МэВ). Оказалось, что полное переключение в таком вентиле достижимо при величине магнитного поля 1,5 Т и длине связующей зоны 170 нм.

Вообще же квантовые проволоки на основе полупроводниковых гетероструктур (например, кремниево-оксидных переходов) выглядят перспективными для реализации квантовых вычислительных процессов в силу того, что они допускают свободный пробег носителей на сотни микрон, т.е. уже в мезо-области.

Сергей САНЬКО