Вторник 22 сентября 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
Чума после Черной смерти еще 350 лет возвращалась волнами по всей Европе Чума после Черной смерти еще 350 лет возвращалась волнами по всей Европе Черная смерть не положила конец чуме в Европе. Новые исследования древней ДНК показывают, как бактерия Yersinia pestis возвращалась волнами на протяжении более 350 лет после первой пандемии. Результаты нового исследования…
Окаменелости диплодока впервые обнаружили за пределами Северной Америки Окаменелости диплодока впервые обнаружили за пределами Северной Америки Найденные в Испании окаменелости диплодока свидетельствуют о том, что этот знаменитый динозавр жил за пределами Северной Америки в позднеюрский период. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Vertebrate Paleontology. Динозавры…
Реакция мозга собак при сопротивлении искушению схожа с человеческой Реакция мозга собак при сопротивлении искушению схожа с человеческой В мозге собак во время фиксации наблюдается активность, подобная человеческой, что позволяет предположить, что ожидание вознаграждения может включать активный умственный контроль и внимание. Результаты исследования опубликованы в журнале Animal Cognition.…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Повреждения гражданских объектов в Самарской области и 297 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Повреждения гражданских объектов в Самарской области и 297 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Средства противовоздушной обороны за ночь сбили 297 украинских беспилотников самолетного типа над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. В Самарской области в результате атаки ВСУ повреждения получили гражданские объекты, в…
Шуваев: в Белгородской области от атак ВСУ за сутки пострадали 11 человек Шуваев: в Белгородской области от атак ВСУ за сутки пострадали 11 человек Вооруженные силы Украины атаковали несколько муниципалитетов Белгородской области за сутки, в результате ранены 11 мирных жителей, сообщил в "Максе" врио губернатора региона Александр Шуваев. "В Белгородском, Волоконовском, Грайворонском, Ракитянском, Шебекинском…
Поражены объекты ВПК, ТЭК и металлургии. Массированный удар ВС России по объектам на Украине Поражены объекты ВПК, ТЭК и металлургии. Массированный удар ВС России по объектам на Украине Российские войска в результате массированного удара поразили предприятия металлургической и химической промышленности, а также военно-промышленного и топливно-энергетического комплексов Украины в Киеве, Днепропетровской, Полтавской и Одесской областях. Об этом сообщили в…
Тема дня
Когда Европа поймет, что не вывозит войну Когда Европа поймет, что не вывозит войну

В сложившейся ситуации по урегулированию на Украине у Трампа есть два варианта действий. Первый – по...

Фото
Под чешской строительной площадкой обнаружена огромная партия костей мамонта  Под чешской строительной площадкой обнаружена огромная партия костей мамонта 

Шерстистые мамонты — родственники современных слонов размером со слона, покрытые густым мехом, — ког...

Опрос

Доживет ли Украина до своего 40-летнего юбилея?

 

Анекдот дня

Финляндия ограничила доступ к полученным из России документам до 9999 года. А они таки оптимисты!

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.

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)".