Вчені створили новий елемент квантової пам’яті — мікрохвильовий мемконденсатор

Сьогодні у сфері обчислень переживають світанок два нові напрями — квантовий та нейроморфний. Здавалося б, це два різні шляхи, але на стику цих областей можуть виникнути настільки потужні обчислювальні рішення, що все здасться дитячою іграшкою. Адже не дарма з’явилися підозри, що розумова діяльність людини супроводжується квантовими ефектами, що змушує вчених шукати нові типи пам’яті з квантовими явищами.

Міжнародна група вчених із Німеччини, Китаю та Чилі запропонувала свій варіант такої давно запропонованої пам’яті, як мемконденсатор (memcapacitor). Мемконденсатори запропоновані теоретиками понад 50 років тому поряд з мемристорами та меміндуктивностями. В принципі, будь-який матеріал з нелінійними характеристиками (з петлею гістерези) може бути пам’яттю для електронних пристроїв. У новій роботі, опублікованій днями в журналі Communications Materials, дослідники розповіли, як вони шукали зв’язок між електронними сигналами та квантовими ефектами і як їм у цьому допоміг мемконденсатор.

Мемконденсатори дозволяють запам’ятовувати інформацію, зв’язуючи напругу та заряд (мемірори, наприклад, зв’язують струм і напругу). Залишилося підчепити все це до «лякливих» квантових станів, щоб осередок квантової пам’яті міг записуватися і зчитуватися без руйнування, а також щоб квантові ефекти, включаючи заплутаність, в принципі могли виникати в подібній макросистемі і спостерігатися (вимірюватися).

Як інструмент на квантовий елемент пам’яті вчені запропонували мікрохвильове випромінювання. Сам елемент пам’яті є двома пов’язаними коливальними контурами, один з яких основний, а другий — допоміжний, введений для стабілізації роботи основного контуру завдяки організованому з ним зворотному зв’язку. До основного контуру підключено так званий елемент SQUID або надпровідний магнітометр (інтерферометр). На SQUID впливає мікрохвильове випромінювання, інтенсивність якого залежить від вимірювань на допоміжному контурі і він управляє станом осередку пам’яті. За рахунок зворотного зв’язку представлений елемент демонструє стабільність роботи і, як показали експерименти, це супроводжується квантовими ефектами, включаючи явище заплутаності.

Цей пристрій працює з класичним входом в одному резонаторі, одночасно зчитуючи відгук в іншому, і служить фундаментальним будівельним блоком для створення масивів мікрохвильових квантових накопичувачів пам’яті. Ми спостерігаємо, що двостороння схема може зберігати свої властивості пам’яті та демонструвати заплутаність та квантові кореляції. Наші результати відкривають шлях для експериментальної реалізації надпровідних квантових пристроїв з високою ємністю пам’яті та масивів пристроїв для нейроморфних квантових обчислень», — пояснили у своїй роботі дослідники.