Пятница 04 апреля 2025 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
Ученые придумали способ сделать кислую почву более плодородной Ученые придумали способ сделать кислую почву более плодородной Поиск плодородной почвы – огромная проблема для многих стран мира. В их число входит даже богатая территориями Эфиопия, где высокая кислотность и заболоченность местности негативно влияют на взращивание культур. Однако…
Две скульптуры почти в натуральную величину найдены при раскопках в Помпеях Две скульптуры почти в натуральную величину найдены при раскопках в Помпеях Во время раскопок огромной гробницы в древнеримском городе Помпеи были найдены две скульптуры мужчины и женщины почти в натуральную величину, предположительно, жрицы. Подробные погребальные реликвии украшали гробницу, содержащую несколько погребальных…
Ученые опровергают представление о древнем развитии человека в Восточной Азии Ученые опровергают представление о древнем развитии человека в Восточной Азии В то время как средний палеолит рассматривается как динамичное время в истории Европы и Африки, в Восточной Азии его обычно считают статичным периодом. Новое исследование Вашингтонского университета бросает вызов такому…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 23 украинских беспилотника МО: за ночь над регионами России сбили 23 украинских беспилотника Российские средства ПВО за ночь сбили 23 украинских беспилотных летательных аппарата (БПЛА) над регионами России. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "Дежурными средствами ПВО уничтожены 23 украинских беспилотных летательных аппарата",…
На шахте в Свердловской области в результате обвала породы погиб горнорабочий На шахте в Свердловской области в результате обвала породы погиб горнорабочий Горнорабочий умер от повреждений, полученных в результате обвала породы на шахте в Свердловской области. Об этом сообщили в Тelegram-канале СУ СК России по региону. "Поздним вечером 2 апреля 2025 года…
ФСБ РФ задержала в Херсонской области россиянку по подозрению в госизмене ФСБ РФ задержала в Херсонской области россиянку по подозрению в госизмене Сотрудники ФСБ задержали в Херсонской области гражданку России по подозрению в госизмене в виде финансирования Вооруженных сил Украины (ВСУ). Об этом сообщили в Центре общественных связей (ЦОС) ФСБ России. "ФСБ…
Тема дня
Оправдывая собственное «уродство»: что стоит за решением немецкого «Фонда памяти» исключить Россию и Беларусь? Оправдывая собственное «уродство»: что стоит за решением немецкого «Фонда памяти» исключить Россию и Беларусь?

Не так давно, рассуждая о попытках Запада во что бы то ни стало сохранить на Украине нынешней режим,...

Фото
У бонобо обнаружена «уникальная человеческая» языковая способность У бонобо обнаружена «уникальная человеческая» языковая способность

Человеческий язык может объединять слова, создавая бесконечное количество значений — способность, ко...

Опрос

Вы ожидаете в 2025 году прекращения огня в зоне СВО?

 

Анекдот дня

Если на других планетах есть разумная жизнь, то когда-нибудь будет и на нашей!

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.

КАК ЗАРАБОТАТЬ НА ИИ ЕСЛИ ТЫ НЕ ПРОГРАММИСТ?
ПРОФЕССИИ, КОТОРЫЕ ВЫМРУТ ЧЕРЕЗ 5 ЛЕТ И ЧТО С ЭТИМ ДЕЛАТЬ?
Интересные материалы
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)".