Суббота 22 августа 2026 года

 

Вы здесь:  Главная» Все новости» Наука» Ученые создали для квантового компьютера однофотонный излучатель


Ученые создали для квантового компьютера однофотонный излучатель

Четверг, 27 Октября 2016 14:07

Международная группа учёных, включающая руководителя лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ Олега Астафьева, использовала сверхпроводящий кубит в качестве однофотонного источника СВЧ-излучения. Учёные подчёркивают, что такой источник может перестраивать частоту излучения и обладает высокой эффективностью. Технология имеет большой потенциал для применения в квантовых компьютерах, а также в изучении взаимодействия между светом и веществом. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.

 

Однофотонные источники являются важным компонентом квантовых вычислительных систем, сообщается в пресс-релизе, поступившем в редакцию Planet Today. Такие излучатели включают в себя микрорезонатор: его геометрия  определяет длину волны излучаемого фотона. Оперативная настройка длины волны и соответствующей ей частоты в таких системах невозможна. Группа учёных из  Лондонского университета (Великобритания), Института физико-химических исследований RIKEN (Япония), Национальной физической лаборатории NPL Великобритании и МФТИ (Россия) разработала однофотонный источник без жёсткого и неперенастраиваемого резонатора.

 

В роли источника единичного фотона можно использовать единичный атом (см. Рисунок). При переходе атома из возбуждённого состояния в нижнее избыток энергии испускается в виде кванта света — фотона. Проблема подобного излучателя в том, что фотон испускается в произвольном направлении, и «поймать» его для дальнейшего использования — непростая задача. Поэтому эффективность таких систем (существуй они в реальности) была бы мала.

 

 

Рисунок. Оптический аналог источника. Непрозрачный экран с отверстием гораздо меньше, чем длина волны. Двухуровневый атом находится справа от экрана близко к отверстию. Свет с левой стороны возбуждает атом, но не проникает через отверстие. Возбуждённый атом излучает единичный фотон. Изображение предоставлено пресс-службой МФТИ.

 

Чтобы создать направленное излучение, учёные использовали искусственный атом — кубит, построенный из нескольких джозефсоновских контактов. Джозефсоновский контакт (туннельный барьер для куперовских пар — переносчиков заряда в сверхпроводимости) состоит из двух сверхпроводников, разделённых тонким слоем диэлектрика. Куперовские пары могут туннелировать через тонкий слой диэлектрика, переводя кубит из возбуждённого в основное состояние и обратно. Для поддержания сверхпроводимости, а также правильного функционирования прибора рабочая температура прибора должна быть близка к абсолютному нулю.

  

Источник представляет из себя кубит, расположенный на стыке двух изолированных друг от друга волноводов, по которым могут распространяться электромагнитные волны (квантом электромагнитной волны является фотон). Авторами работы эти волноводы обозначены как линия управляющего сигнала и линия излучения (см. Схему источника). Между кубитом и обеими линиями сочетание проводников и диэлектрика создаёт два конденсатора, за счёт чего кубит оказывается подключённым к линиям через электрическую ёмкость. Или, как принято говорить в электротехнике, имеет ёмкостные связи.

 

Кубит ёмкостной связью слабо связан с линией управляющего сигнала и сильно связан с линией излучения. Управляющий сигнал (приходит слева, если смотреть на схему источника) воздействует на кубит, переводя его в возбуждённое состояние, после чего кубит испускает фотон, который по линии излучения может быть доставлен к последующим элементам схемы. 

  

 

Схема разработанного источника единичных фотонов. Кубит располагается в середине. Тонкие металлические линии осуществляют емкостную связь (ёмкости  Cc и Ce) между кубитом, линией управляющего сигнала и линией излучения. Изображение предоставлено пресс-службой МФТИ

 

Особенностью кубита на джозефсоновских контактах является  возможность контроля его магнитным полем. От него зависит разница энергий возбуждённого и основного состояния кубита, а значит и частота (длина волны) излучаемого фотона. Изменение внешнего поля (образец помещается в катушку) позволяет изменять частоту излучаемого фотона в широком диапазоне 7,75–10,5 ГГц. Максимально возможная эффективность, вероятность испустить фотон в линию излучения определяется ёмкостями, которые осуществляют связь между линиями передач и кубитом. За счёт правильного подбора соотношения ёмкостей эффективность подобного источника может достигнуть 99,99%, что ставит его вне конкуренции по отношению к другим однофотонным источникам. В реальности же на эффективность влияют и другие факторы, например, поглощение фотона в диэлектрике (безызлучательная релаксация). В измеряемом образце эффективность составила более 65% на всём диапазоне частот, что уже является рекордной величиной.

 

По словам одного из авторов работы Олега Астафьева: “Данный однофотонный источник обладает высокой эффективностью и возможностью излучать фотоны в широком диапазоне частот. Это позволит использовать его в квантовых компьютерах и других квантовых технологиях, в которых единичные фотоны будут использованы в качестве носителей информации, а также для её хранения, обработки и передачи. Единичный фотон невозможно перехватить, не изменив его состояние, поэтому применение данного источника в квантовых системах передачи данных обеспечит абсолютно безопасную передачу данных. Кроме того, он может использоваться в квантовых симуляторах, моделирующих сложные квантово-механические системы, и для изучения фундаментальных взаимодействий между фотонами и веществом ”.

 
 

 
 
Волкова Алена Опубликовано в Наука
Читайте также
Ученые обнаружили новый орган, спрятанный в черепе. Ученые обнаружили новый орган, спрятанный в черепе. После столетий развития медицинской науки вполне логично предположить, что к настоящему времени мы располагаем полным списком всех органов человеческого тела. Но ученые продолжают открывать новые, работающие в фоновом режиме, выполняя…
Континентальный «мега-обрыв» может объяснить великую тайну Большого каньона Континентальный «мега-обрыв» может объяснить великую тайну Большого каньона Незадолго до того, как Земля погрузилась в свой самый сильный холодный период, суперконтинент Родиния распался. В результате этого образовалось одно из самых удивительных геологических образований всех времен. Геологи утверждают, что…
Жители Леванта 15 000 лет назад регулярно употребляли в пищу змей и ящериц Жители Леванта 15 000 лет назад регулярно употребляли в пищу змей и ящериц Примерно 15 000 лет назад охотники-собиратели в южном Леванте начали жить в более стационарных поселениях. Этот сдвиг ознаменовал собой серьезное изменение в повседневной жизни, предшествовавшее появлению земледелия. Новые исследования показывают,…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над Россией за ночь сбили 457 украинских БПЛА МО: за ночь над Россией за ночь сбили 457 украинских БПЛА Российские средства ПВО перехватили и уничтожили в течение ночи над регионами РФ, акваториями Черного и Азовского морей 457 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России "В течение прошедшей ночи…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погибли два человека Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погибли два человека В результате ударов ВСУ по Белгородской области за прошедшие сутки 2 мирных жителя погибли, еще 13 ранены. Об этом сообщил врио губернатора региона Александр Шуваев в "Максе". "К большому сожалению,…
Хинштейн: за сутки в Курской области из-за атак ВСУ погиб один человек Хинштейн: за сутки в Курской области из-за атак ВСУ погиб один человек Один человек погиб, шестеро получили ранения за прошедшие сутки в результате ударов ВСУ по территории Курской области, сообщил в "Максе" губернатор региона Александр Хинштейн. "В селе Песчаное Беловского района погиб…
Тема дня
Украинские БПЛА доказали беззащитность Латвии Украинские БПЛА доказали беззащитность Латвии

Население Латвии испытало еще одно жестокое разочарование. Вместо обещанной властями «стены против д...

Фото
В Китае в 4300-летней гробнице нашли древнейшие фигурки дракона и феникса В Китае в 4300-летней гробнице нашли древнейшие фигурки дракона и феникса

Археологи, проводившие раскопки поздненеолитической гробницы во Внутренней Монголии, обнаружили две ...

Опрос

Кто первый посягнет на западные регионы Украины?

 

Анекдот дня

Ощущение, что кто-то просыпается и говорит: "Алиса, сделай ещё хуже."

Еще »

Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.

Популярные новости
Интересные материалы
МЫ ВКОНТАКТЕ

Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций

(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном

цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с

точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии

предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей

сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".