Forskere udvikler kvantemetamateriale fra komplekse twin qubits

Et internationalt team bestående af russiske og tyske forskere har fået et gennembrud i skabelsen af ​​tilsyneladende umulige materialer. De har skabt verdens første kvantemetamateriale, der kan bruges som kontrolelement i superledende elektriske kredsløb.

Metamaterialer er stoffer, hvis egenskaber bestemmes af atomernes strukturelle opbygning. Hver struktur er hundredvis af nanometer, og har sit eget sæt egenskaber, der forsvinder, når forskere forsøger at adskille materialet i dets komponenter. En sådan struktur kaldes et meta-atom (ikke at forveksle med de almindelige atomer i Mendelejevs periodiske system). Ethvert stof bestående af meta-atomer kaldes et metamateriale.

Indtil for nylig, en anden forskel mellem atomer og meta-atomer var, at egenskaberne af konventionelle atomer blev beskrevet ved hjælp af kvantemekaniske ligninger, mens meta-atomer blev beskrevet ved klassiske fysiske ligninger. Imidlertid, skabelsen af ​​qubits førte til muligheden for at konstruere metamaterialer bestående af meta-atomer, hvis tilstand kunne beskrives kvantemekanisk. Imidlertid, denne forskning krævede oprettelse af usædvanlige qubits.

Et internationalt team af forskere har skabt verdens første såkaldte "tvilling" qubit, samt et metamateriale på dens basis. Takket være de fremragende egenskaber ved det nye materiale, det vil være muligt at oprette et af nøgleelementerne i superledende elektroniske enheder.

Kirill Shulga, en forsker ved NUST MISIS Laboratory of Superconducting Metamaterials og projektets første forfatter, bemærkede, at en konventionel qubit består af en ordning, der omfatter tre Josephson -kryds. Twin qubit, imidlertid, består af fem kryds, der er symmetriske med midteraksen (se diagram).

"Twin qubits skulle tjene som et mere komplekst system end de konventionelle superledende qubits. Logikken her er ganske enkel:et mere komplekst (kunstigt komplekst) system, med et stort antal frihedsgrader, har et større antal faktorer, der kan påvirke dets egenskaber. Når vi ændrer nogle eksterne egenskaber for miljøet, hvor vores metamateriale er placeret, vi kan tænde og slukke disse egenskaber ved at dreje twin qubit fra en tilstand med visse egenskaber til en anden med andre egenskaber, " han sagde.

Dette blev tydeligt under forsøget, som hele metamaterialet bestående af to qubits skiftet mellem to forskellige tilstande.

"I en af ​​tilstande, kæden af ​​qubits transmitterer elektronisk stråling i mikrobølgeområdet meget godt, mens den forbliver et kvanteelement. I en anden tilstand, den drejer den superledende fase med 180 grader og låser transmissionen af ​​elektromagnetiske bølger gennem sig selv. Alligevel er det stadig et kvantesystem. Så ved hjælp af et magnetfelt, et sådant materiale kan bruges som et kontrolelement i systemer til kvantesignaler (separate fotoner) i kredsløb, hvorfra udvikling af kvantecomputere består af, "sagde Ilya Besedin, en ingeniør ved NUST MISIS Laboratory of Superconducting Metamaterials.

Det er svært nøjagtigt at beregne egenskaberne for en tvilling -qubit på en standardcomputer sammenlignet med egenskaberne for en standard -qubit. Det er muligt at nå grænsen for kompleksitet, et niveau tæt på eller overgår mulighederne for moderne elektroniske computere, hvis qubits bliver flere gange mere komplekse. Et så komplekst system kan bruges som en kvantesimulator, dvs. en enhed, der kan forudsige eller simulere egenskaber ved en bestemt reel proces eller materiale.

Som forskerne bemærker, de måtte sortere masser af teorier for korrekt at beskrive de processer, der forekommer i kvantemetamaterialer. Artiklen, "Den magnetisk inducerede gennemsigtighed af et kvantemetamateriale sammensat af to flux qubits, "udgives i Naturkommunikation .