ЯДЕРНЫЙ МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС И ПРОБЛЕМА СОЗДАНИЯ КВАНТОВОГО КОМПЬЮТЕРА

Современные наукоемкие технологии. 2021. № 4. С. 20–24.

Воронов В. К., Дударева О. В., Геращенко Л. А.

  В работе обсуждаются возможности использования явления ядерного магнитного резонанса в решении проблем, связанных с созданием квантовых компьютеров. В связи с этим отмечается, что явление ядерного магнитного резонанса высокого разрешения было впервые применено для иллюстрации возможности создания простейшего квантового алгоритма. Роль квантовых кубитов выполняли ядра атомов из верхней части таблицы Менделеева. С использованием квантового ЯМР-процессора, содержащего семь кубитов (двух атомов углерода и пяти атомов фтора), впервые был реализован в элементарном варианте алгоритм Шора. Роль элементарного процессора выполняла молекула комплекса железа с перфторбутадиенилом. Отмечено, что научные достижения последних примерно тридцати лет позволяют вернуться к идее использования на новом уровне явления ЯМР для решения задач, связанных с проблемой создания квантового компьютера. Проблеме создания квантового компьютера предшествует материал, относящийся к визуализации разрешенных состояний, в том числе запутанных состояний q-битов. Для этого необходим способ контроля состояний квантовых кубитов и очередность вовлечения их в выполняемые вычислительные операции. Предложено использовать явление химической поляризации ядерных спинов, находящихся в магнитном поле, с целью реализации такого контроля.

  В работе обсуждаются возможности использования явления ядерного магнитного резонанса в решении проблем, связанных с созданием квантовых компьютеров. В связи с этим отмечается, что явление ядерного магнитного резонанса высокого разрешения было впервые применено для иллюстрации возможности создания простейшего квантового алгоритма. Роль квантовых кубитов выполняли ядра атомов из верхней части таблицы Менделеева. С использованием квантового ЯМР-процессора, содержащего семь кубитов (двух атомов углерода и пяти атомов фтора), впервые был реализован в элементарном варианте алгоритм Шора. Роль элементарного процессора выполняла молекула комплекса железа с перфторбутадиенилом. Отмечено, что научные достижения последних примерно тридцати лет позволяют вернуться к идее использования на новом уровне явления ЯМР для решения задач, связанных с проблемой создания квантового компьютера. Проблеме создания квантового компьютера предшествует материал, относящийся к визуализации разрешенных состояний, в том числе запутанных состояний q-битов. Для этого необходим способ контроля состояний квантовых кубитов и очередность вовлечения их в выполняемые вычислительные операции. Предложено использовать явление химической поляризации ядерных спинов, находящихся в магнитном поле, с целью реализации такого контроля.

 

Ключевые слова: NMR, Quantum computer, chemical polarization of nuclear spins, квантовый компьютер, ЯМР, химическая поляризация ядерных спинов