Создан «невозможный» материал для систем управления квантовыми компьютерами

РИА Новости.Интернациональная несколько русских и германских исследователей совершила прорыв в создании  материалов, владеющих недостижимыми в природе особенностями. Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», Университета Карлсруэ (Германия) и Йенского университета фотонных разработок (Германия) под управлением главы лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ «МИСиС» доктора наук Алексея Устинова в первый раз в мире создали так именуемые «зеркальные» кубиты, а кроме этого метаматериал на их базе.

Это первый в мире квантовый метаматериал, что возможно применять в качестве элемента управления в сверхпроводящих электрических схемах. Результаты работы размещены в издании «Nature Communications”.

Создан «невозможный» материал для систем управления квантовыми компьютерами

Микрофотография цепочки зеркальных кубитов.
В нижней части – разрешение в 20 микрон на см, в верхней – 5 микрон на см.
Кружочками обозначены джозефсоновские переходы, входящие в один зеркальный кубит.
© НИТУ «МИСиС»

Метаматериалы – это вещества, свойства которых определяются не столько атомами, из которых они состоят, сколько тем, в какие конкретно структуры эти самые атомы собраны. Любая такая структура (они стали называться «мета-атом”) имеет размеры в десятки либо кроме того много нанометров и владеет собственным комплектом особенностей, исчезающих при попытке поделить её на составляющие.

До  недавнего времени одно из принципиальных отличий атомов от мета-атомов пребывало в том, что свойства простых атомов описывались уравнениями квантовой механики, а мета-атомов – хорошими физическими уравнениями.

Создание  кубитов (мельчайших элементов для хранения информации в квантовом компьютере) стало причиной появлению потенциальной возможности сконструировать материал, складывающийся из мета-атомов, состояние которых описывается лишь квантовомеханически. Действительно, такая работа "настойчиво попросила" создания особых кубитов.

«Простой кубит складывается из схемы, в которую входит три джозефсонских перехода, – поясняет научный сотрудник лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ «МИСиС» Кирилл Шульга. – А в состав зеркального входят пять переходов, симметричных довольно центральной оси. Зеркальные кубиты вспоминали нами как более сложная совокупность, нежели простые сверхпроводящие кубиты.

Логика тут несложна: у искусственно усложненной совокупности с солидным числом степеней свободы присутствует большее число факторов, каковые смогут оказывать влияние на её свойства. Меняя некие внешние параметры среды, в которой находится отечественный метаматериал, возможно эти свойства включать и выключать, переводя зеркальный кубит из одного главного состояния с одними особенностями в второе».

На протяжении опыта оказалось, что целый метаматериал, складывающийся из зеркальных кубитов, может переключаться между двумя режимами. В одном из режимов цепочка таких кубитов отлично пропускает электромагнитное излучение в микроволновом диапазоне, при этом оставаясь квантовым элементом. В другом она поворачивает сверхпроводящую фазу на 180 градусов и закрывает прохождение электромагнитных волн через себя.

Принципиально важно, что при этом она остаётся квантовой совокупностью.

«Получается, что при помощи магнитного поля таковой материал возможно применять как управляющий элемент в совокупностях передачи квантовых сигналов (отдельных фотонов) в цепях, из которых состоят развивающиеся на данный момент квантовые компьютеры”, – комментирует инженер лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ «МИСиС» Илья Беседин. – Это один из главных элементов в сверхпроводниковых электронных устройствах».

Совершенно верно просчитать свойства одного зеркального кубита на простом компьютере сложнее, чем простого кубита. Усложнив таковой кубит ещё в пара раз, возможно достигнуть предела сложности, уже близкого либо превосходящего возможности современных электронных компьютеров. Такую сложную совокупность возможно применять как квантовый симулятор, другими словами устройство, талантливое угадать и смоделировать свойства некого настоящего процесса либо материала.

Авторам изучения было нужно перебрать множество теорий, дабы верно обрисовать процессы, происходящие в квантовом мета-материале. Итогом размышлений стала статья «Magnetically induced transparency of a quantum metamaterial composed of twin flux qubits”, размещённая в респектабельном издании «Nature Communications”.

Источник: РИА Новости

Создан невозможный материал для систем управления квантовыми компьютерами


Темы которые будут Вам интересны: