Ученые обнаружили существование нового типа квазичастиц

Российские ученые экспериментально доказали существование нового типа квазичастиц – ранее неизвестных возбуждений связанных пар фотонов на цепочках кубитов

0 777

Российские ученые экспериментально доказали существование нового типа квазичастиц – ранее неизвестных возбуждений связанных пар фотонов на цепочках кубитов. Открытие ученых может стать шагом на пути к созданию устойчивых к ошибкам квантовых вычислительных систем. Работа была опубликована в журнале Physical Review B.

На сегодняшний день сверхпроводящие являются одним из популярных и перспективных типов кубитов. Кубиты чаще всего используют для создания квантовых вычислительных устройств. При этом основными проблемами универсальных квантовых компьютеров являются декогеренция – потеря кубитами квантового состояния, которая приводит к ошибкам в ходе вычислений, и организация управляемой работы очень большого числа кубитов.

Квантовые симуляторы на основе метаматериалов – это альтернативный подход к квантовым вычислениям. В отличие от универсальных квантовых компьютеров, им не требуется большое количество управляющей электроники.

Идея этого подхода заключается в том, чтобы создать из кубитов искусственную материю, физика которой будет подчиняться тем же уравнениям, что и у какого-то реального вещества. Можно, наоборот, запрограммировать симулятор таким образом, чтобы воплотить материю со свойствами, которые в природе до сих пор обнаружить не удавалось.

Системы из сверхпроводниковых кубитов в общем случае описываются моделью Бозе-Хаббарда. При этом из-за сильной квантовой нелинейности в данной модели могут возникать так называемые дублоны – т.е. связанное состояние двух фотонов. И хотя топологические свойства дублонов уже подробно описаны теоретически, их экспериментальные подтверждения до сих пор отсутствовали.

С целью изучения важных топологических свойств дублонов группа ученых из НИТУ «МИСиС», Российского квантового центра, Университета ИТМО, МГТУ им. Н. Э. Баумана, ВНИАА и Физико-технический институт имени А. Ф. Иоффе РАН построили квантовый симулятор на основе сверхпроводниковых кубитов. Квантовые симуляторы предназначены для решения узкоспециализированных квантовых задач связанных, например, с моделированием сложных систем с большим числом частиц.

Смотрите также  Загадочный кварк может существовать вечно

«Измеряя свойства кубитов, мы можем делать выводы о более широком классе физических систем, описываемых теми же самыми уравнениями. А если мы можем управляемым образом менять параметры этих уравнений, то такое устройство можно считать «специализированным симулятором». Конечно, программируемость у него не такая, как у универсального квантового компьютера, но его масштабирование требует значительно меньшего количества ресурсов», — поясняет основной автор исследования Илья Беседин, младший научный сотрудник лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ «МИСиС».

Илья Беседин, главный автор работы
Илья Беседин, главный автор работы

Учеными была реализована цепочка из сверхпроводниковых кубитов-трансмонов с чередующейся связью. Благодаря чередованию сильной и слабой связи в этой системе возникают две зоны и краевое состояние. Такое состояние относится к топологическим. Более того, эксперимент показал, что дублоны тоже формируют краевое состояние, но не со стороны слабой связи, а со стороны сильной связи.

«Нам удалось увидеть, как дублоны формируют эти зоны, и даже удалось обнаружить как на верхнем краю дублонной зоны, по мере того, как мы увеличивали длину цепочки, начинает возникать краевое дублонное состояние», — отмечает Илья Беседин.

Таким образом, российским ученым впервые удалось продемонстрировать, что цепочках кубитов могут возникать новый тип квазичастиц — дублонные топологические возбуждения.

«Исследования сверхпроводниковых кубитов и квантовых схем сейчас ведутся во многих странах мира, и конкуренция в этой области растет. Эта работа с использованием 11 кубитов убедительно демонстрирует высокий научный уровень, достигнутый в России в области квантовых вычислений на основе сверхпроводников.

-Сейчас это особенно актуально и открывает очень хорошие перспективы для развития квантовых вычислений в России.» — говорит заведующий лабораторией «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ «МИСиС» и руководитель группы в Российском квантовом центре, профессор, доктор физ.-мат. наук Алексей Устинов.

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x