КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ Вычислительная мощность процессоров возрастает экспоненциально При

КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ Вычислительная мощность процессоров возрастает экспоненциально. При этом количество транзисторов в микросхемах, согласно закону Мура, также увеличивается экспоненциально. Закон Му ра — эмпирическое наблюдение, изначально сделанное Гордоном Муром, согласно которому количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца. Существует чисто физический предел, делающий невозможным дальнейшее уменьшение размеров транзисторов. Теоретически невозможно создать транзистор или подобный ему элемент с размером менее 10– 8 см (диаметр атома водорода) и рабочей частотой более 10 15 Гц (частота атомных переходов). В результате поиска новых физических принципов для приборов с характерными размерами, сравнимыми с длиной волны де Бройля, имеющей величину порядка 20 нм, была разработана нанотехнология. Серьезной проблемой является уменьшение рассеиваемой энергии в процессе вычислительных операций. Чарлз Беннетт теоретически доказал, что универсальный цифровой компьютер может быть построен на логически и термодинамически обратимых вентилях таким образом, что энергия будет рассеиваться только за счет необратимых периферийных процессов ввода информации в машину (приготовление исходного состояния) и вывода из нее (считывание результата). К обратимым универсальным вентилям относятся вентили Фредкина и Тоффоли универсальные 3 -х кубитные вентили). Куби т (q-бит, кьюбит; от quantum bit) —наименьший элемент для хранения информации в квантовом компьютере.

Набор квантовых вентилей называют универсальным, если любое унитарное преобразование можно аппроксимировать с любой заданной точностью конечной последовательностью вентилей из этого набора. Кубит – это вектор состояния двухуровневой квантовой системы или волновая функция квантовых состояний двухуровневой системы. Двум значениям кубита могут соответствовать, например: основное и возбужденное состояния атома, направления вверх и вниз спина атомного ядра, направление тока в сверхпроводящем кольце, два возможных положения электрона в полупроводнике и т. п. В отличие от классического бита, который может принимать только два логических значения, кубит — это квантовый объект, и число его состояний, определяемых суперпозицией, неограниченно. Но результат измерения кубита всегда приводит к одному из двух возможных значений.

Рассмотрим систему из двух кубитов. Измерение каждого из них может дать значение классического объекта 0 или 1. У системы двух кубитов имеется четыре классических состояния: 00, 01, 10 и 11. Аналогичные им базисные квантовые состояния: |00>, |01>, |10> и |11>. Соответствующий вектор квантового состояния записывается в виде a|00> + b|01> + c|10> + d|11>, где |a|2 — вероятность при измерении получить значение 00, |b|2 — вероятность получить значение 01 и т. д. В общем случае, если квантовая система состоит из L кубитов, то у нее имеется 2 L возможных классических состояний, каждое из которых может быть измерено с некоторой вероятностью. Функция состояния такой квантовой системы запишется в виде где |n> — базисные квантовые состояния (например, состояние |001101>); |cn|n — вероятность нахождения в базисном состоянии |n>. Для того чтобы изменить состояние суперпозиции квантовой системы, необходимо реализовать селективное внешнее воздействие на каждый кубит. С математической точки зрения такое преобразование представляется унитарными матрицами размера 2 L • 2 L. В результате будет получено новое квантовое состояние суперпозиции.

СТРУКТУРА КВАНТОВОГО КОМПЬЮТЕРА Предполагаемые преимущества квантового компьютера по сравнению с классическим заключаются в том, что квантовый компьютер оперирует при вычислениях не с числами, а с квантовыми состояниями. То есть, когда в классическом компьютере вычисляется единственное выходное значение для одного входного, то в квантовом компьютере — выходные значения для всех входных состояний. Именно этот процесс принято называть квантовым параллелизмом. Чтобы использовать квантовую схему для вычисления, нужно уметь вводить входные данные, проделывать вычисления и считывать результат. Поэтому принципиальная схема любого квантового компьютера должна состоять из: квантового регистра для ввода данных, квантового процессора для преобразования данных и устройства для считывания данных.

1. Совокупность операций на входе данного компьютера, формирующих исходные состояния, 2. совокупность воздействий, осуществляющих унитарные локальные преобразования, соответствующие алгоритму вычисления, 3. способ подавления потери когерентности квантовых состояний и исправления случайных ошибок все они играет здесь ту же роль, что и программное обеспечение (software) в классическом компьютере. При выборе конкретной схемы квантового компьютера необходимо решить три вопроса: 1) выбрать физическую систему — элементную базу, которая обеспечит возможность иметь в компьютере достаточное число управляемых кубитов; 2) определить физический механизм, определяющий взаимодействие между кубитами; 3) определить способ селективного управления кубитами и измерения их состояния на выходе. Все это вместе взятое представляет собой аппаратное обеспечение (hard ware) квантового компьютера. КВАНТОВЫЙ РЕГИСТР Основной частью квантового компьютера является квантовый регистр, который устроен почти так же, как и классический. Это цепочка квантовых битов, над которыми можно проводить одно- и двухбитовые логические операции.

Логический элемент CNOT (<управляемое НЕ>) К базовым состояниям квантового регистра, образованного L кубитами, относятся, так же как и в классическом регистре, все возможные последовательности нулей и единиц длиной L. Всего может быть 2 L различных комбинаций. Их можно считать записью чисел в двоичной форме от 0 до (2 L – 1) и обозначать 0, 1, 2, 3, . . . , (2 L – 1). Однако эти базовые состояния не исчерпывают всех возможных значений квантового регистра (в отличие от классического), поскольку существуют еще и состояния суперпозиции, задаваемые комплексными амплитудами, связанными условием нормировки. Классического аналога у большинства возможных значений квантового регистра (за исключением базовых) просто нет.

До ввода информации в компьютер все кубиты квантового регистра должны быть приведены в базисные состояния |0>. Эта операция называется подготовкой, или инициализацией. Далее определенные кубиты (не все) подвергаются селективному внешнему воздействию (например, с помощью импульсов внешнего электромагнитного поля, управляемых классическим компьютером), которое изменяет значение кубитов, т. е. из состояния |0> они переходят в состояние |1>. При этом состояние всего квантового регистра перейдет в суперпозицию базисных состояний |nс, т. е. состояние квантового регистра в начальный момент времени будет определяться функцией Данное состояние суперпозиции можно использовать для бинарного (двоичного) представления числа n.

КВАНТОВЫЙ ПРОЦЕССОР Квантовый процессор выполняет последовательность квантовых логических операций, определяемую, в отсутствие влияния окружения, унитарным преобразованием U(t), воздействующим на состояние всего регистра. К моменту времени t (через несколько тактов работы) в результате преобразований исходное квантовое состояние становится новой суперпозицией вида: Важно то, что для построения любого вычисления достаточно всего двух базовых логических булевых операций. С помощью базовых квантовых операций можно имитировать работу обычных логических элементов, из которых состоят компьютеры. Поскольку законы квантовой физики на микроскопическом уровне являются линейными и обратимыми, то и соответствующие квантовые логические устройства, производящие операции с квантовыми состояниями отдельных кубитов (квантовые вентили), оказываются логически и термодинамически обратимыми. Квантовые вентили аналогичны соответствующим обратимым классическим вентилям, но, в отличие от них, способны совершать унитарные операции над суперпозициями состояний. Выполнение унитарных логических операций над кубитами предполагается осуществлять с помощью соответствующих внешних воздействий, которыми управляют классические компьютеры.

ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, КОТОРЫЕ СЛЕДУЕТ ВЫПОЛНИТЬ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ КВАНТОВОГО КОМПЬЮТЕРА (КК) Для реализации полномасштабного КК, превосходящего по производительности любой классический компьютер, следует выполнить следующих пять основных требований: 1. Физическая система должна содержать достаточно большое число L > 103 хорошо различаемых кубитов для выполнения соответствующих квантовых операций. 2. Нужны условия для приведения входного регистра в исходное базисно состоянии |01, 02, 03, . . . , 0 L> , т. е. возможность процесса инициализации. 3. Требуется максимальное подавление эффектов декогерентизации квантовых состояний, обусловленное взаимодействием системы кубитов с окружающей средой, что приводит к разрушению суперпозиций квантовых состояний и может сделать невозможным выполнение квантовых алгоритмов. Время декогерентизации должно по крайней мере в 104 раз превышать время такта - - время выполнения основных квантовых операций. Для этого система кубитов должна быть достаточно слабо связана с окружением. 4. Следует обеспечить за время такта выполнение требуемой совокупности квантовых логических операций, определяющей унитарное преобразование. Эта совокупность должна содержать определенный набор только двухкубитовых операций типа «контролируемый инвертор» или «контролируемое НЕ» (CNOT). 5. Необходимо провести с достаточно высокой надежностью измерение состояния квантовой системы на выходе. Проблема измерения конечного квантового состояния является одной из основных проблем квантовых вычислений.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КВАНТОВОГО КОМПЬЮТЕРА (КК). Просматриваются несколько направлений в развитии элементной базы КК: 1. использование низких энергетических уровней ионов, захваченных ионными ловушками и созданных в вакууме с помощью электрических и магнитных полей определенной конфигурации при лазерном охлаждении ионов до микрокельвиновых температур; 2. использование ядерных спинов с I = 1/2 и методов ядерного магнитного резонанса (ЯМР); 3. использование макроскопических квантовых состояний сверхпроводящих устройств; 4. использование двух спиновых или двух орбитальных электронных состояний в квантовых точках; 5. использование квантовых электродинамических полостей и фотонных кристаллов. В самом начале развития идей, касающихся квантового компьютера, физики обнаружили и грозного его противника — речь идет о декогерентизации. Кубиты компьютера нельзя полностью изолировать от внешнего мира. Флуктуации напряжений на электродах, шумовые токи, неточности выполнения самих импульсных воздействий на кубиты в ходе вычислительного процесса – все это вносит неконтролируемые ошибки в фазы и амплитуды состояний кубитов в ходе вычислительного процесса.

По истечении времени, равного времени декогерентизации квантовых состояний системы кубитов, контролируемый вычислительный процесс прекратится. Эволюция КК приобретет случайный (диффузионный) характер. Время декогерентизации, как правило, будет меньше времени, необходимого для выполнения сложного алгоритма. Выход из этой, казавшейся тупиковой ситуации был найден в применении методов квантовой коррекции ошибок. Методы коррекции ошибок хорошо известны из теории обычных (классических) компьютеров. Смысл их в том, что логические |0> и |1> кодируются большим числом битов. Анализ кодовых комбинаций позволяет найти и удалить ошибку. Эти методы удалось разработать в квантовом варианте, где ошибки могут быть фазовыми и амплитудными. Выяснилось, что если вероятность ошибки при выполнении одной элементарной операции ниже некоторого порогового уровня, вычислительный процесс можно длить сколь угодно долго. Это означает, что операции квантовой коррекции ошибок удаляют из компьютера больше ошибок, чем вносят. Данный вывод очень важен: по существу, он имеет силу теоремы существования полномасштабного КК.

КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ НА ОСНОВЕ ИОНОВ, ЗАХВАЧЕННЫХ ИОННЫМИ ЛОВУШКАМИ Одним из наиболее прямых способов, позволяющих выполнять поставленные требования № 2 и 3 для реализации КК является замораживание теплового движения частиц, представляющего кубиты, и изоляция их от макроскопического окружения. Реализацией такой идеи является «подвешивание» частиц-кубитов в свободном пространстве (сверхвысоком вакууме) и удержание их в фиксированных точках внешними силами. В современной физике разработаны средства для такого удержания как заряженных, так и нейтральных частиц. Этим средством служат так называемые силовые ловушки для ионов или атомов и лазерные методы их охлаждения для воспрепятствования «убеганию» ионов или атомов из ловушки и переходу в возбужденные состояния. Взаимодействие между заряженными ионами в одномерной цепочке этих ловушек осуществляется посредством возбуждения их коллективного движения, а индивидуальное управление ими — с помощью лазеров инфракрасного диапазона. Научной основой создания ловушек для заряженных частиц служит ионная оптика, развивавшаяся в связи с разработкой ускорителей заряженных частиц, масс-спектрометров, ионно-лучевых и электронно-лучевых технологических систем и микроскопов, систем для удержания плазмы. Разработанные методы нашли применение в КК для того, чтобы фиксировать в определенных точках пространства частицы, практически лишенные кинетической энергии, т. е. охлажденные до температур, близких к абсолютному нулю. Преимущество такого подхода состоит в сравнительно простом индивидуальном управлении отдельными кубитами. Основными недостатками этого типа КК являются необходимость создания сверхнизких температур, обеспечение устойчивости состояний ионов в цепочке и ограниченность возможного числа кубитов значением L < 40.

КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ПРИНЦИПЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЯДЕРНЫХ СПИНОВ С I = ½ И МЕТОДОВ ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА (ЯМР) (направление № 2) Явление ЯМР состоит в резонансном поглощении электромагнитной энергии, обусловленном магнетизмом ядер. Отсюда вытекает очевидное название явления: ядерный — речь идет о системе ядер, магнитный — имеются в виду только магнитные свойства, резонанс — само явление носит резонансный характер ЖИДКОСТНЫЕ ЯДЕРНЫЕ МАГНИТОРЕЗОНАНСНЫЕ (ЯМР) КК В предложенном способе построения КК кубитами выступают спины ядер водорода (протонов) и углерода 13 С в молекулах жидкости. Так, в молекуле трихлорэтилена спины ядер двух атомов 13 С и одного протона образуют три кубита. Два атома 13 С химически неэквивалентны и поэтому имеют различные частоты ядерного магнитного резонанса в заданном внешнем постоянном магнитном поле. Протон будет иметь третью резонансную частоту. Подавая импульсы внешнего переменного магнитного поля на определенных частотах, можно селективно управлять квантовой эволюцией любого из этих протонов. Главным преимуществом такого КК является то, что в нем действует огромное число практически независимых молекул-компьютеров жидкости. Это дает возможность управлять ими с помощью хорошо известных в технике ядерного магнитного резонанса операций над макроскопическим объемом жидкости.

Последовательности радиочастотных импульсов, выполняющие в этом случае роль определенных квантовых логических вентилей, осуществляют глобальные унитарные преобразования состояний соответствующих ядерных спинов для всех молекул-компьютеров. Индивидуальное обращение к отдельным кубитам заменяется одновременным обращением к соответствующим кубитам во всех молекулах большого ансамбля. Компьютер такого рода получил название ансамблевого (bulk_ensemble quantum computer) ЯМР квантового компьютера. Важно то, что он может работать при комнатной температуре. Время декогерентизации квантовых состояний ядерных спинов в жидкости составляет несколько секунд. В области ЯМР квантовых компьютеров на органических жидкостях к настоящему времени достигнуты наибольшие успехи. Они связаны в основном с хорошо развитой импульсной техникой ЯМР-спектроскопии, обеспечивающей выполнение различных операций над когерентными суперпозициями состояний ядерных спинов и с возможностью использования для этого стандартных ЯМР-спектрометров, работающих при комнатных температурах. Экспериментально на ЯМР КК было осуществлено большое количество операций. Основными ограничениями для этого направления являются: 1. Смешанный характер исходного состояния кубитов, что требует использования определенных неунитарных операций для приготовления начального состояния. Сигнал, измеряемый на выходе, экспоненциально убывает с ростом числа кубитов; 2. Ограничено число ядерных спинов-кубитов в отдельной молекуле с достаточно различающимися резонансными частотами.

Однокубитовые и двухкубитовые квантовые операции являются относительно медленными. Эти ограничения приводят к тому, что ЯМР КК на молекулах органической жидкости не смогут иметь число кубитов, значительно больше десяти. Их следует рассматривать лишь как прототипы будущих КК, полезные для отработки принципов квантовых вычислений и проверки квантовых алгоритмов. ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ЯМР КК В 1998 г. австралийский физик Б. Кейн предложил использовать в качестве кубитов донорные атомы с изотопами 31 P, обладающие ядерным спином ½, которые имплантируются в кремниевую структуру. Это предложение еще не реализовано. Оно открывает потенциальную возможность создания квантовых вычислительных устройств с практически неограниченным числом кубитов. В рассматриваемом варианте предполагается применять достаточно низкие температуры для того, чтобы электроны донорных атомов занимали только нижнее спиновое состояние в магнитном поле. В полях B > 2 Тл это соответствует температурам T > 0, 1 K—гораздо более низким, чем температура вымораживания электронных состояний доноров, которые будут поэтому оставаться в неионизированном основном орбитальном S-состоянии

. Каждый донорный атом с ядерным спином — кубит — в полупроводниковой структуре предполагается расположить регулярным образом с достаточной точностью под «своим» управляющим металлическим затвором (затвор A), отделенным от поверхности кремния тонким диэлектриком (например, окисью кремния толщиной порядка нескольких нанометров). Эти затворы образуют линейную решетку произвольной длины с периодом L. Кубиты содержат два 31 Р донора со связанными электронами, внедренными в 28 Si. Они отделены от управляющих металлических затворов на поверхности слоем Si. O 2. А-электроды управляют (задают) резонансную частоту ядерно-спинового кубита. J-затворы управляют взаимодействием между электронами соседних ядерных спинов.

С помощью электрического поля, создаваемого потенциалом затворов A, можно изменять распределение электронной плотности вблизи ядра в основном состоянии, изменяя соответственно резонансную частоту каждого ядерного спина, которая определяется сверхтонким взаимодействием его с электронным спином. Электрическое поле, приложенное к А-затвору, смещает (вытягивает) волновую функцию электрона от донора по направлению к барьеру, снижая сверхтонкое взаимодействие и, соответственно, резонансную частоту ядер.

Это позволяет осуществлять индивидуальное управление квантовыми операциями путем селективного воздействия резонансных радиочастотных импульсов на ядерные спины определенных доноров. Можно управлять величиной косвенного взаимодействия между ядерными спинами соседних доноров, которое обеспечивает выполнение двухкубитовых операций, с помощью затворов J, расположенных между затворами A. Это возможно, если характерные размеры полупроводниковой структуры лежат в нанометровой области. Для формирования таких структур предполагается воспользоваться приемами современной нанотехнологии: 1. методами эпитаксиального выращивания, 2. сканирующей зондовой нанолитографией в сверхвысоком вакууме на основе сканирующих туннельных и атомных силовых микроскопов, 3. электроннолучевой и рентгеновской литографий. Для того чтобы исключить взаимодействие ядерных спинов доноров с окружением, сам кремний и окисел кремния должны быть достаточно хорошо очищены от изотопа 29 Si, обладающего спином I = 1/2, который содержится в количестве 4, 7% в естественном Si. Возможно использование и других материалов. Были предложены несколько вариантов измерения состояний кубитов, но ни один из них пока не реализован.

КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ НА ОСНОВЕ ЗАРЯДОВЫХ СОСТОЯНИЙ КУПЕРОВСКИХ ПАР Данный принцип построения КК основан на использовании в качестве кубитов зарядовых состояний куперовских пар в квантовых точках, связанных переходами Джозефсона, и был предложен Д. В. Авериным в 1998 г. Первый твердотельный кубит на этих принципах был создан в Японии в 1999 г. Перспективность этого направления состоит в возможности создания электронных квантовых устройств высокой степени интеграции на одном кристалле, при этом для управления кубитами не потребуются громоздкие лазерные или ЯМР-установки. Так же данный метод позволил бы уже при современном уровне развития технологий создавать сверхпроводниковые интегральные схемы высокой степени интеграции, подобные полупроводниковым интегральным схемам, и дал бы сверхпроводниковым квантовым элементам существенные преимущества при создании полномасштабных КК по сравнению с любыми другими вариантами. Однако на пути создания КК еще остаются нерешенными ряд важных проблем и, в частности, проблема устойчивости состояний кубитов и декогерентизация. Поисковые работы КК на высокотемпературных сверхпроводниках в России ведутся в Институте теоретической физики им. Л. Д. Ландау РАН.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КВАНТОВЫХ КОМПЬЮТЕРОВ Весьма возможно, что в перспективе квантовые компьютеры будут изготавливаться с использованием традиционных методов микроэлектронной технологии и содержать множество управляющих электродов, напоминая современный микропроцессор. Для того чтобы снизить уровень шумов, критически важный для нормальной работы КК, первые модели, по всей видимости, придется охлаждать жидким гелием. Вероятно, первые квантовые компьютеры будут громоздкими и дорогими устройствами, не умещающимися на письменном столе и обслуживаемыми большим штатом системных программистов и наладчиков оборудования. Доступ к ним получат сначала лишь государственные структуры, затем — богатые коммерческие организации. Но примерно так же начиналась и эра обычных компьютеров.

А что же станет с классическими компьютерами? Отомрут ли они? Вряд ли. И для классических, и для квантовых компьютеров найдутся свои сферы применения. Хотя, по всей видимости, соотношение на рынке будет все же постепенно смещаться в сторону последних. Внедрение квантовых компьютеров не приведет к решению принципиально нерешаемых классических задач, а лишь ускорит некоторые вычисления. Кроме того, станет возможна квантовая связь — передача кубитов на расстояние, что приведет к возникновению своего рода квантового Интернета. Такая связь позволит обеспечить защищенное (законами квантовой механики) от подслушивания соединение всех желающих друг с другом. Информация, хранимая в квантовых базах данных, будет надежнее защищена от копирования, чем сейчас. Фирмы, производящие программы для квантовых компьютеров, смогут уберечь их от любого, в том числе и незаконного, копирования.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ Методы литографии, обычно используемые при изготовлении кремниевых чипов для компьютеров, приближаются к своим пределам в плане уменьшения размеров элементов схемы. Наноразмерная архитектура становится более сложной в изготовлении и более дорогой. Проблема может быть решена на основе синтеза молекул, способных служить переключателями. Молекулярные переключатели могут быть основой устройств хранения информации и логических схем в компьютерах, использующих двоичную систему. Молекула А, которая может находиться в двух различных состояниях, А и В, и обратимо переводиться внешними воздействиями (свет, напряжение) из одного состояния в другое, может быть использована для запоминания информации. Для того чтобы рассматривать молекулу в качестве хранилища логического нуля или единицы, переключение внешними воздействиями между двумя состояниями должно быть быстрым и обратимым. Оба состояния должны быть термоустойчивыми и способными переключаться в обе стороны много раз. Эти два состояния должны быть различимыми для некоторого зонда R. Такое зондирование называется режимом чтения. На следующем рисунке представлена схема основных элементов молекулярного переключателя, в котором воздействие S 1 вызывает переключение из состояния 0 в состояние 1, а воздействие S 2 индуцирует обратное переключение.

После разработки методики измерения электропроводности одной цепной молекулы надо было создать молекулу, проводимость которой можно было бы изменять скачком, как в выключателе. Была использована относительно простая молекула, изображенную на следующем рисунке. Она содержит тимоловую группу (SH–), которая может прикрепиться к золоту, потеряв атом водорода. Переключатель выполнен на проводящей молекуле, прикрепленной концами к золотым электродам.

Первоначально молекула является непроводящей, но при напряжении, достаточном для добавления к молекуле электрона с электрода, она становиться проводящей. Дальнейшее увеличение напряжения опять делает ее непроводящей из-за добавления второго электрона. Молекула 2 -амино-4 -этилнилфенилфенил-5 -нитро-1 -бен-золтиолата состоит из трех бензольных колец, последовательно связанных атомами углерода с тройными связями. К среднему кольцу прикреплен донор электронов — аминогруппа (NH 2–), выталкивающая электроны на кольцо. На другой стороне кольца находится акцептор электронов — нитрогруппа (NO 2–), оттягивающая электроны с кольца. В результате этого центральное кольцо обладает большим электрическим дипольным моментом.

На рисунке показана вольтамперная характеристика этой молекулы, прикрепленной обоими концами к золотым электродам. Ток по ней начинает идти при напряжении 1, 6 В, затем быстро увеличивается и резко падает при напряжении 2, 1 В. Такая характеристика с отрицательным дифференциальным сопротивлением наблюдается при температуре 60 К, а при комнатной температуре зависимость имеет обычный вид. Предложенный механизм для эффекта переключения состоит в том, что молекула изначально является непроводящей, а при напряжении, на котором наблюдается пик тока, он получает электрон, образуя радикальный фон, и становится проводящей. При дальнейшем увеличении напряжения к молекуле добавляется второй электрон, и она становится непроводящим дианионом.

Решение проблем перехода от микро- к наноэлектронике вовсе не отрицает дальнейшего пути развития микроэлектроники. Успехи микроэлектроники далеко не исчерпаны. Однако становление наноэлектроники сулит новые научные достижения и разработки в области технологии во многих отраслях науки и техники. Развитие научных исследований наноструктур и нанотехнологий позволит получить материалы и приборы с новыми уникальными свойствами и, следовательно, решить ряд актуальных задач как в области электроники, так и во всех остальных отраслях науки и промышленности. В наномире будут работать и «старые» идеи схемотехнической электроники, в основе которых лежит использование усовершенствованного транзистора.