Четверг 28 ноября 2024 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 ”.

 
 

 

 

 

Главное за сутки
МО: над Россией за ночь уничтожили 22 украинских дрона МО: над Россией за ночь уничтожили 22 украинских дрона Российские средства противовоздушной обороны (ПВО) за ночь перехватили и уничтожили 22 украинских беспилотных летательных аппарата (БПЛА) над Ростовской, Белгородской, Воронежской, Курской, Брянской и Смоленской областями. Об этом сообщили в Минобороны…
Что известно об ударах ВСУ американскими ракетами ATACMS по Курской области Что известно об ударах ВСУ американскими ракетами ATACMS по Курской области Вооруженные силы Украины (ВСУ) за последние три дня нанесли два удара дальнобойным западным оружием по объектам в Курской области, сообщили в Минобороны России. По данным ведомства, первый удар американскими ракетами…
Арест наемника из Великобритании и потери ВСУ: что известно о ситуации в Курской области Арест наемника из Великобритании и потери ВСУ: что известно о ситуации в Курской области Потери Вооруженных сил Украины (ВСУ) за сутки на курском направлении составили более 250 человек, сообщили в Минобороны России. Всего за время боевых действий противник потерял более 35 760 военнослужащих. Ленинский…
Интернет и СМИ
Читайте также
О проблемах с лёгкими или сердцем способен рассказать простой тест на пальцах О проблемах с лёгкими или сердцем способен рассказать простой тест на пальцах В журнале Pulse Healthcare британский специалист Ахмед раскрыл простой способ самостоятельной диагностики возможных заболеваний сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Метод заключается в несложной проверке состояния ногтей и их формы. Врач предлагает…
Nature: привычка пить кофе может существенно повлиять на состав биома кишечника Nature: привычка пить кофе может существенно повлиять на состав биома кишечника Большая международная группа медицинских исследователей обнаружила, что у людей, которые регулярно пьют кофе, гораздо больше одного типа кишечных бактерий, чем у людей, которые этого не делают. В своем исследовании, опубликованном…
Неправильный прием сердечных препаратов может провоцировать деменцию Неправильный прием сердечных препаратов может провоцировать деменцию Появились новые данные о связи сердечно-сосудистых препаратов и рисками деменции. В масштабном исследовании, организованном специалистами Каролинского института в Швеции, были проанализированы данные более 900 тысяч человек. Как сообщает журнал Alzheimer’s…
Тема дня
Вашингтон упорно толкает режим Зеленского к ядерному терроризму Вашингтон упорно толкает режим Зеленского к ядерному терроризму

Уходящая администрация США в попытке скрыть свои тёмные дела и отстоять личные корыстные интересы го...

Фото
Ученые обнаружили «темные гены», скрытые в ДНК человека Ученые обнаружили «темные гены», скрытые в ДНК человека

В наших записях человеческого генома все еще могут отсутствовать десятки тысяч «темных» генов. Эти т...

Опрос

Трамп на посту президента пообещал работать над прекращением всех войн в мире. Получится у Трампа остановить войны?

 

Анекдот дня

Когда-нибудь - это где-то между чуть попозже и никогда.

Еще »
Комментарии для сайта Cackle
Мы на одноклассниках
 

 

МЫ ВКОНТАКТЕ

Свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-83392 от 07.06.2022, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи,

информационных технологий и массовых коммуникаций. 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)".