Computational nanotechnologyComputational nanotechnologyComputational nanotechnologyComputational nanotechnologyComputational nanotechnologyComputational nanotechnology2313-223X2587-9693YUR-VAK65075110.33693/2313-223X-2024-11-3-11-33PZNUYIELEMENTS OF COMPUTING SYSTEMSВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И ИХ ЭЛЕМЕНТЫResearch ArticlePotential of pulsed tunnel effect (PTE) to overcome technical barriers of quantum computersПотенциал импульсного туннельного эффекта (ИТЭ) для преодоления технических барьеров квантовых компьютеровhttps://orcid.org/0000-0001-6964-926012043443026-2619RakhimovRustam Kh.РахимовРустам Хакимович
Uzbekistan

Dr. Sci. (Eng.), Head, Laboratory No. 1

доктор технических наук, заведующий, лаборатория № 1

rustam-shsul@yandex.comInstitute of Materials Science of the Academy of Science of UzbekistanИнститут материаловедения Академии наук Республики Узбекистан1508202411311333101202531012025Copyright ©; 2024, Yur-VAKCopyright ©; 2024, Юр-ВАК2024Yur-VAKЮр-ВАКhttps://journals.eco-vector.com/2313-223X/about/editorialPolicieshttps://journals.eco-vector.com/2313-223X/article/view/650751

The article discusses the prospects and technical challenges of developing practical quantum computers. It is noted that quantum computers have a unique ability to perform multiple computations simultaneously, due to the use of quantum effects such as superposition and entanglement. This makes them extremely powerful in solving certain types of complex problems, including cryptography, optimization, quantum system modeling, and large database searches. However, the development of practical quantum computers faces serious technical challenges. A key issue is the extreme sensitivity of qubits (the fundamental elements of quantum computers) to external influences, which leads to the disruption of their quantum state. To address this problem, the possibility of using pulsed tunneling effect (PTE) is discussed. This may allow stabilizing the characteristics and quantum states of qubits and thus advance the development of practical quantum computers.

В статье обсуждаются перспективы и технические проблемы создания практичных квантовых компьютеров. Отмечается, что квантовые компьютеры обладают уникальной способностью выполнять множество вычислений одновременно, благодаря использованию квантовых эффектов, таких как суперпозиция и запутанность. Это делает их чрезвычайно мощными в решении определенных типов сложных задач, включая криптографию, оптимизацию, моделирование квантовых систем и поиск в больших базах данных. Однако разработка практических квантовых компьютеров сталкивается с серьезными техническими проблемами. Ключевой из них является крайняя чувствительность кубитов (основных элементов квантовых компьютеров) к внешним воздействиям, что приводит к нарушению их квантового состояния. Для решения этой проблемы обсуждается возможность использования импульсного туннельного эффекта (ИТЭ). Это может позволить стабилизировать характеристики и квантовые состояния кубитов и тем самым продвинуть разработку практичных квантовых компьютеров.

quantum computingquantum computersqubitsquantum effectssuperpositionentanglementtechnical problemspulsed tunnel effectcoherencedecoherencephononsквантовые вычисленияквантовые компьютерыкубитыквантовые эффектысуперпозициязапутанностьтехнические проблемыимпульсный туннельный эффекткогеренциядекогеренцияфононыRakhimov R.H., Ermakov V.P. Pulsed tunnel effect. Features of interaction with the substance. The observer effect. Computational Nanotechnology. 2024. Vol. 11. No. 2. Pp. 116–145. DOI: 10.33693/2313- 223X-2024-11-2-116-145. EDN: MWBRQW.Рахимов Р.Х., Ермаков В.П. Импульсный туннельный эффект. Особенности взаимодействия с веществом. Эффект наблюдателя // Computational Nanotechnology. 2024. Т. 11. № 2. С. 116–145. DOI: 10.33693/2313- 223X-2024-11-2-116-145. EDN: MWBRQW.Rakhimov R.H., Pankov V.V., Saidvaliev T.S. Investigation of the effect of pulsed radiation generated by functional ceramics based on the ITE principle on the characteristics of the Cr2O3—SiO2—Fe2O3—CaO—Al2O3—MgO—CuO system. Computational Nanotechnology. 2024. Vol. 11. No. 2. Pp. 146–157. DOI: 10.33693/2313-223X-2024-11-2-146-157. EDN: MWPEYI.Рахимов Р.Х., Паньков В.В., Саидвалиев Т.С. Исследование влияния импульсного излучения, генерируемого функциональной керамикой на основе принципа ИТЭ, на характеристики системы Cr2O3—SiO2—Fe2O3—CaO—Al2O3—MgO—CuO // Computational Nanotechnology. 2024. Т. 11. № 2. С. 146–157. DOI: 10.33693/2313-223X-2024-11-2-146-157. EDN: MWPEYI.Rakhimov R.H., Ermakov V.P. Features of the polymerization process based on ITE. Computational Nanotechnology. 2024. Vol. 11. No. 2. Pp. 158–174. DOI: 10.33693/2313-223X-2024-11-2-158-174. EDN: MXFORZ.Рахимов Р.Х., Ермаков В.П. Особенности процесса полимеризации на основе ИТЭ // Computational Nanotechnology. 2024. Т. 11. № 2. С. 158–174. DOI: 10.33693/2313-223X-2024-11-2-158-174. EDN: MXFORZ.Rakhimov R.H., Pankov V.V., Ermakov V.P. et al. Pulsed tunneling effect: Test results of film-ceramic composites. Computational Nanotechnology. 2024. Vol. 11. No. 2. Pp. 175–191. DOI: 10.33693/2313-223X-2024-11-2-175-191. EDN: NHSAVQ.Рахимов Р.Х., Паньков В.В., Ермаков В.П. и др. Импульсный туннельный эффект: результаты испытаний пленочно-керамических композитов // Computational Nanotechnology. 2024. Т. 11. № 2. С. 175–191. DOI: 10.33693/2313-223X-2024-11-2-175-191. EDN: NHSAVQ.Rakhimov R.H. Pulsed tunneling effect: fundamental principles and application prospects. Computational Nanotechnology. 2024. Vol. 11. No. 1. Pp. 193–213. DOI: 10.33693/2313-223X-2024-11-1-193-213. EDN: EWSBUT.Рахимов Р.Х. Импульсный туннельный эффект: фундаментальные основы и перспективы применения // Computational Nanotechnology. 2024. Т. 11. № 1. С. 193–213. DOI: 10.33693/2313-223X-2024-11-1-193-213. EDN: EWSBUT.Rakhimov R.H., Pankov V.V., Ermakov V.P., Makhnach L.V. Productive methods for increasing the efficiency of intermediate reactions in the synthesis of functional ceramics. Computational Nanotechnology. 2024. Vol. 11. No. 1. Pp. 224–234. DOI: 10.33693/2313-223X-2024-11-1-224-234. EDN: FCGMYR.Рахимов Р.Х., Паньков В.В., Ермаков В.П., Махнач Л.В. Производительные методы повышения эффективности протекания промежуточных реакций при синтезе функциональной керамики // Computational Nanotechnology. 2024. Т. 11. № 1. С. 224–234. DOI: 10.33693/2313-223X-2024-11-1-224-234. EDN: FCGMYR.Rakhimov R.H., Ermakov V.P. New approaches to the synthesis of functional materials with specified properties under the action of concentrated radiation and pulsed tunneling effect. Computational Nanotechnology. 2024. Vol. 11. No. 1. Pp. 214–223. DOI: 10.33693/2313-223X-2024-11-1-214-223. EDN: EYKREQ.Рахимов Р.Х., Ермаков В.П. Новые подходы к синтезу функциональных материалов с заданными свойствами под действием концентрированного излучения и импульсного туннельного эффекта // Computational Nanotechnology. 2024. Т. 11. № 1. С. 214–223. DOI: 10.33693/2313-223X-2024-11-1-214-223. EDN: EYKREQ.Rakhimov R.Kh. Possible mechanism of Pulsed Quantum Tunneling Effect in photocatalysts based on nanostructured functional ceramics. Computational Nanotechnology. 2023. Vol. 10. No. 3. Pp. 26–34. DOI: 10.33693/2313-223X-2023-10-3-26-34. EDN: QZQMCA.Rakhimov R.Kh. Possible mechanism of Pulsed Quantum Tunneling Effect in photocatalysts based on nanostructured functional ceramics // Computational Nanotechnology. 2023. Vol. 10. No. 3. Pp. 26–34. DOI: 10.33693/2313-223X-2023-10-3-26-34. EDN: QZQMCA.Rakhimov R.H., Pankov V.V., Ermakov V.P. et al. Investigation of the properties of functional ceramics synthesized by a modified carbonate method. Computational Nanotechnology. 2023. Vol. 10. No. 3. Pp. 130–143. DOI: 10.33693/2313-223X-2023-10-3-130-143. EDN: SZDYRZ.Рахимов Р.Х., Паньков В.В., Ермаков В.П. и др. Исследование свойств функциональной керамики синтезированной модифицированным карбонатным методом // Computational Nanotechnology. 2023. Т. 10. № 3. С. 130–143. DOI: 10.33693/2313-223X-2023-10-3-130-143. EDN: SZDYRZ.Rakhimov R.H., Ermakov V.P. Prospects of solar energy: The role of modern solar technologies in hydrogen production. Computational Nanotechnology. 2023. Vol. 10. No. 3. Pp. 11–25. DOI: 10.33693/2313-223X-2023-10-3-11-25. EDN: NQBORL.Рахимов Р.Х., Ермаков В.П. Перспективы солнечной энергетики: роль современных гелиотехнологий в производстве водорода // Computational Nanotechnology. 2023. Т. 10. № 3. С. 11–25. DOI: 10.33693/2313-223X-2023-10-3-11-25. EDN: NQBORL.Kamihara Y., Watanabe T., Hirano M., Hosono H. High-temperature superconductivity in iron-based materials. Journal of the American Chemical Society. 2008. No. 130 (11). Pp. 3296–3297.Kamihara Y., Watanabe T., Hirano M., Hosono H. High-temperature superconductivity in iron-based materials // Journal of the American Chemical Society. 2008. No. 130 (11). Pp. 3296–3297.Drozdov A.P., Eremets M.I., Troyan I.A. et al. Superconductivity at 203 K in lanthanum/hydrogen under high pressure. Nature. 2015. No. 525 (7567). Pp. 73–76.Drozdov A.P., Eremets M.I., Troyan I.A. et al. Superconductivity at 203 K in lanthanum/hydrogen under high pressure // Nature. 2015. No. 525 (7567). Pp. 73–76.Choi H.J., Roundy D., Sun H. et al. The electron-phonon interaction in MgB2. Nature. 2002. No. 418 (6899). Pp. 758–760.Choi H.J., Roundy D., Sun H. et al. The electron-phonon interaction in MgB2 // Nature. 2002. No. 418 (6899). Pp. 758–760.Plakida N.M. Electron-phonon coupling and high-Tc superconductivity in cuprates. Physica C: Superconductivity. 2001. No. 364–365. Pp. 334–340.Plakida N.M. Electron-phonon coupling and high-Tc superconductivity in cuprates // Physica C: Superconductivity. 2001. No. 364–365. Pp. 334–340.Reynolds C.A., Serin B., Wright W.H., Nesbitt L.B. Isotopic effect in superconductors. Phys. Rev. 1951. No. 84. P. 691.Kuleev I.I., Kuleev I.G., Bakharev S.M., Inyushkin A.V. The effect of dispersion on phonon focusing and anisotropy of thermal conductivity of silicon single crystals in the boundary scattering mode. Solid State Physics. 2013. Vol. 55. Issue 7. Pp. 1441–1450. (In Rus.)Кулеев И.И., Кулеев И.Г., Бахарев С.М., Инюшкин А.В. Влияние дисперсии на фокусировку фононов и анизотропию теплопроводности монокристаллов кремния в режиме граничного рассеяния // Физика твердого тела. 2013. Т. 55. Вып. 7. С. 1441–1450.Svistunov V.M., Belogolovsky M.B., Khachaturov A.I. Electron-phonon interaction in high-temperature superconductors. UFN. 1993. Vol. 163. No. 2. Pp. 61–79. (In Rus.)Свистунов В.М., Белоголовский М.Б., Хачатуров А.И. Электрон-фононное взаимодействие в высокотемпературных сверхпроводниках // УФН. 1993. Т. 163. № 2. С. 61–79.Iguchi I., Wen Z. Tunnel gap structure and tunneling model of the anisotropic YBaCuO/I/Pb junctions. Physica С. 1991. Vol. 178. No. l. Pp. 1–10.Iguchi I., Wen Z. Tunnel gap structure and tunneling model of the anisotropic YBaCuO/I/Pb junctions // Physica С. 1991. Vol. 178. No. l. Pp. 1–10.Baryakhtar V.G., Belogolovsky M.B., Svistunov V.M., Khachaturov A.I. Features of tunneling into metal oxide ceramics. DAN of the USSR Academy of Sciences. 1989. Vol. 307. No. 4. Pp. 850–853. (In Rus.)Барьяхтар В.Г., Белоголовский М.Б., Свистунов В.М., Хачатуров А.И. Особенности туннелирования в металлооксидную керамику // ДАН АН СССР. 1989. Т. 307. № 4. С. 850–853.Ilyushkin A.V., Taldenkov B.Z., Florentyev V.V. Thermal conductivity of single crystals LnBa2Cu3O7 – x. UFN. 1991. Vol. 161. No. 7. Pp. 200–204. (In Rus.)Илюшкин А.В., Талденков Б.З., Флорентьев В.В. Теплопроводность монокристаллов LnBa2Cu3O7 – x // УФН. 1991. Т. 161. № 7. С. 200–204.Dynes R.C., Sharifi F., Pargellis A. et al. Tunneling spectroscopy in Ва1 – xKxBiO3. Physica С. 1991. Vol. 185–189. Pp. 234–240.Dynes R.C., Sharifi F., Pargellis A. et al. Tunneling spectroscopy in Ва1 – xKxBiO3 // Physica С. 1991. Vol. 185–189. Pp. 234–240.Tsuda N., Shimada D., Miyakawa N. Phonon mechanism of highTc superconductivity based on the tunneling study of Bi-based cuprates. Physica С. 1991. Vol. 185–189. Pp. 1903–1904.Tsuda N., Shimada D., Miyakawa N. Phonon mechanism of highTc superconductivity based on the tunneling study of Bi-based cuprates // Physica С. 1991. Vol. 185–189. Pp. 1903–1904.Bobrov N.L. Restoration of the electron-phonon interaction function in superconductors using inhomogeneous microcontacts and background correction in the Janson spectra. ZhETF. 2021. Vol. 160. Issue 1 (7). Pp. 73–87. (In Rus.)Бобров Н.Л. Восстановление функции электрон-фононного взаимодействия в сверхпроводниках с помощью неоднородных микроконтактов и коррекция фона в спектрах янсона // ЖЭТФ. 2021. Т. 160. Вып. 1 (7). С. 73–87.Lykov A.N. On the possibility of a phonon mechanism of superconductivity in cuprate HTS. Solid State Physics. 2022. Vol. 64. Issue 11. Pp. 1631–1637. (In Rus.)Лыков А.Н. О возможности фононного механизма сверхпроводимости в купратных ВТСП // Физика твердого тела. 2022. Т. 64. Вып. 11. С. 1631–1637.Schneider E.I., Ovchinnikov S.G. The effect of the electron-phonon interaction on the anisotropic superconducting parameter of the order. Bulletin of the NSU. Series: Physics. 2007. Vol. 2. Issue 1. (In Rus.)Шнейдер Е.И., Овчинников С.Г. Влияние электрон-фононного взаимодействия на анизотропный сверхпроводящий параметр порядка // Вестник НГУ. Серия: Физика. 2007. Т. 2. Вып. 1.Gweon G.-H., Sasagawa T., Zhou S.Y. et al. An unusual isotope effect in a hightemperature superconductor. Letters to Nature. 2004. Vol. 430. Pp. 187–190.Gweon G.-H., Sasagawa T., Zhou S.Y. et al. An unusual isotope effect in a hightemperature superconductor // Letters to Nature. 2004. Vol. 430. Pp. 187–190.Zhou X.Z., Junren Shi., Yoshida T. et al. Multiple bosonic mode coupling in electron self-energy of (La2 − xSrx)CuO4. Phys. Rev. Lett. 2005. Vol. 95. Pp. 117001–117004.Zhou X.Z., Junren Shi., Yoshida T. et al. Multiple bosonic mode coupling in electron self-energy of (La2 − xSrx)CuO4 // Phys. Rev. Lett. 2005. Vol. 95. Pp. 117001–117004.Tkach N.V., Fartushinsky R.B. Effect of phonons on the electronic spectrum in semiconductor small-sized quantum dots placed in a dielectric medium. Solid State Physics. 2003. Vol. 45. Issue 7. Pp. 1284–1291. (In Rus.)Ткач Н.В., Фартушинский Р.Б. Влияние фононов на электронный спектр в полупроводниковых малоразмерных квантовых точках, помещенных в диэлектрическую среду // Физика твердого тела. 2003. Т. 45. Вып. 7. С. 1284–1291.Ovchinnikov S.G., Schneider E.I. Effective Hamiltonian for HTS cuprates taking into account EFV interaction in the mode of strong correlations. JETF. 2005. Vol. 128. Pp. 974–986. (In Rus.)Овчинников С.Г., Шнейдер Е.И. Эффективный гамильтониан для ВТСП купратов с учетом ЭФВ взаимодействия в режиме сильных корреляций // ЖЭТФ. 2005. Т. 128. С. 974–986.Rakhimov R.H., Rashidov H.K., Ermakov V.P. et al. Resource-saving, energy-efficient technology for producing alumina from secondary kaolins of the Angren deposit. Computational Nanotechnology. 2016. No. 1. Pp. 45–51. (In Rus.)Рахимов Р.Х., Рашидов Х.К., Ермаков В.П. и др. Ресурсосберегающая, энергоэффективная технология получения глинозема из вторичных каолинов ангренского месторождения // Computational Nanotechnology. 2016. № 1. С. 45–51.Schneider E.I., Ovchinnikov S.G. Phonon and magnetic pairing mechanisms in high-temperature superconductors in the mode of strong correlations. Letters in JETF. 2006. Vol. 128. Issue 5. Pp. 974–986. (In Rus.)Шнейдер Е.И., Овчинников С.Г. Фононный и магнитный механизмы спаривания в высокотемпературных сверхпроводниках в режиме сильных корреляций // Письма в ЖЭТФ. 2006. Т. 128. Вып. 5. С. 974–986.Pintschovius L. Electron-phonon coupling effects explored by inelastic neutron scattering. Phys. Stat. Sol. B. 2005. Vol. 242. Pp. 30–50.Pintschovius L. Electron-phonon coupling effects explored by inelastic neutron scattering // Phys. Stat. Sol. B. 2005. Vol. 242. Pp. 30–50.Rakhimov R.H., Rashidov H.K., Ermakov V.P. et al. Features of the synthesis of functional ceramics with a set of specified properties by the radiation method. Part 4. Computational Nanotechnology. 2016. No. 2. Pp. 77–81. (In Rus.)Рахимов Р.Х., Рашидов Х.К., Ермаков В.П. и др. Особенности синтеза функциональной керамики с комплексом заданных свойств радиационным методом. Ч. 4 // Computational Nanotechnology. 2016. № 2. С. 77–81.Gasumyants V.E., Firsov D.A. Electrons and phonons in quantum-dimensional systems. St. Petersburg: Polytechnic University Publishing House, 2008. 97 p.Гасумянц В.Э. Фирсов Д.А. Электроны и фононы в квантоворазмерных системах. СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2008. 97 с.Shitov M.I. Microscopic description of the effects of coupling with phonons in magical and semi-magical nuclei. Abstract of dis. ... of Cand. Sci. (Phys.-Math.). Moscow, 2022.Шитов М.И. Микроскопическое описание эффектов связи с фононами в магических и полумагических ядрах: автореф. дис. ... канд. физ.-мат. наук. М., 2022.Bakharev S.M. Phonon focusing and phonon transport in monocrystalline volumetric and nanoscale materials of cubic symmetry. Abstract of dis. ... of Cand. Sci. (Phys.-Math.). Yekaterinburg, 2015.Бахарев С.М. Фокусировка фононов и фононный транспорт в монокристаллических объемных и наноразмерных материалах кубической симметрии: автореф. дис. ... канд. физ.-мат. наук. Екатеринбург, 2015.