Четверг 13 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 ”.

 
 

 
 
Читайте также
Земные экстремофилы могут расти в условиях, близких к марсианским Земные экстремофилы могут расти в условиях, близких к марсианским Ученые нашли дразнящие намеки на то, что не только когда-то жизнь существовала на Марсе, но и что она все еще может существовать на Красной планете. Исследование здесь, на Земле, сделало…
Собаки и люди эволюционировали вместе, и лишь теперь эти процессы стали понятны Собаки и люди эволюционировали вместе, и лишь теперь эти процессы стали понятны Эволюция собак показывает, как люди и собаки адаптировались друг к другу на протяжении тысяч лет, создав отличительные черты собачьей породы по всему миру. Собаки жили рядом с людьми на протяжении…
JHE: череп Homo antecessor имел удивительно современное строение JHE: череп Homo antecessor имел удивительно современное строение Новый анализ трех фрагментов черепа, обнаруженных в пещере Гран-Долина в Испании, показывает, что толщина костей Homo antecessor была ближе к толщине костей неандертальцев и современных людей, чем к толщине костей…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Пострадавшие и пожар в промзоне в Башкирии. Последствия атак ВСУ на российские регионы Пострадавшие и пожар в промзоне в Башкирии. Последствия атак ВСУ на российские регионы Средства ПВО в течение прошедшей ночи перехватили и уничтожили 362 украинских беспилотника над российскими регионами, а также акваториями Черного и Азовского морей, сообщили в Минобороны РФ. Из-за падения БПЛА в…
Поражены пункт управления ВМС Украины и портовая инфраструктура. Новые удары ВС РФ по объектам на Украние Поражены пункт управления ВМС Украины и портовая инфраструктура. Новые удары ВС РФ по объектам на Украние ВС России продолжают наносить удары по объектам военно-морских сил Украины, используемым в интересах ВСУ, сообщили в Минобороны РФ. ТАСС собрал основное о результатах. Заявление Минобороны ВС России продолжают нанесение ударов…
Укрепление рубля и «генетический код победителя». Встреча Путина с губернатором Лимаренко Укрепление рубля и «генетический код победителя». Встреча Путина с губернатором Лимаренко Укрепление национальной валюты выгодно гражданам, но для экспортно-ориентированных предприятий создает проблемы. Об этом заявил президент России Владимир Путин на встрече на Итурупе с губернатором Сахалинской области Валерием Лимаренко. Он также…
Тема дня
«Сила причинять вред» не сможет привести Украину к миру «Сила причинять вред» не сможет привести Украину к миру

Украина в нынешнем формате существует как антиРоссия, и единственная ее цель – это нанесение нам мак...

Фото
Анализ ДНК выявил общество, организованное вокруг женщин в доримской Британии Анализ ДНК выявил общество, организованное вокруг женщин в доримской Британии

Было проведено секвенирование ДНК более 500 человек железного века, похороненных на северо-востоке А...

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)".