Физики обнаружили новый тип квазичастиц: основа для компьютеров будущего
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.
На
сегодняшний день сверхпроводящие кубиты 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. Работа была опубликована в журнале Physical
Review B.
«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».
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.
Материалы публикуемые на "НАШЕЙ ПЛАНЕТЕ" это интернет обзор российских и зарубежных средств массовой информации по теме сайта. Все статьи и видео представлены для ознакомления, анализа и обсуждения.
Мнение администрации сайта и Ваше мнение, может частично или полностью не совпадать с мнениями авторов публикаций. Администрация не несет ответственности за достоверность и содержание материалов,которые добавляются пользователями в ленту новостей.
