Superledende metamateriale fanger kvantelys

Konventionelle computere gemmer oplysninger i en smule, en grundlæggende logisk enhed, der kan tage en værdi på 0 eller 1. Kvantecomputere er afhængige af kvantebit, også kendt som en "qubits, "som deres grundlæggende byggesten. Bits i traditionelle computere koder for en enkelt værdi, enten en 0 eller en 1. Tilstanden for en qubit, derimod, kan samtidig have en værdi på både 0 og 1. Denne ejendommelige egenskab, en konsekvens af kvantfysikkens grundlæggende love, resulterer i den dramatiske kompleksitet i kvantesystemer.

Quantum computing er et spirende og hurtigt udviklende felt, der lover at bruge denne kompleksitet til at løse problemer, der er vanskelige at håndtere med konventionelle computere. En central udfordring for kvanteberegning, imidlertid, er, at det kræver at få et stort antal qubits til at arbejde sammen - hvilket er svært at opnå, samtidig med at man undgår interaktioner med det ydre miljø, der ville fratage qubits deres kvanteegenskaber.

Ny forskning fra laboratoriet af Oskar Painter, John G Braun Professor i anvendt fysik og fysik i afdelingen for teknik og anvendt videnskab, undersøger brugen af ​​superledende metamaterialer til at overvinde denne udfordring.

Metamaterialer er specielt konstrueret ved at kombinere flere komponentmaterialer i en skala mindre end lysets bølgelængde, giver dem mulighed for at manipulere, hvordan lyspartikler, eller fotoner, opføre sig. Metamaterialer kan bruges til at reflektere, tur, eller fokusere lysstråler på næsten enhver ønsket måde. Et metamateriale kan også oprette et frekvensbånd, hvor udbredelse af fotoner bliver helt forbudt, en såkaldt "fotonisk bandgap".

Caltech -teamet brugte en fotonisk båndgap til at fange mikrobølgefotoner i et superledende kvantekredsløb, at skabe en lovende teknologi til opbygning af fremtidige kvantecomputere.

"I princippet, dette er et skalerbart og fleksibelt substrat til at bygge komplekse kredsløb til sammenkobling af visse typer qubits, "siger maler, leder af gruppen, der gennemførte forskningen, som blev offentliggjort i Naturkommunikation september 12. "Ikke alene kan man lege med det rumlige arrangement af forbindelsen mellem qubits, men man kan også designe forbindelsen til kun at forekomme ved bestemte ønskede frekvenser. "

Maleren og hans team skabte et kvantekredsløb bestående af tynde film af en superleder - et materiale, der transmitterer elektrisk strøm med lidt eller intet tab af energi - sporet på en siliciummikrochip. Disse superledende mønstre transporterer mikrobølger fra en del af mikrochippen til en anden. Hvad får systemet til at fungere i et kvanteregime, imidlertid, er brugen af ​​et såkaldt Josephson-kryds, som består af et atom tyndt ikke-ledende lag klemt mellem to superledende elektroder. Josephson -krydset skaber en kilde til mikrobølgefotoner med to forskellige og isolerede tilstande, som et atoms jord og spændte elektroniske tilstande, der er involveret i udsendelse af lys, eller, i kvanteberegningens sprog, en qubit.

"Superledende kvantekredsløb gør det muligt for en at udføre grundlæggende kvanteelektrodynamiske eksperimenter ved hjælp af et mikrobølgeelektrisk kredsløb, der ser ud til at have været rykket direkte fra din mobiltelefon, "Maler siger." Vi mener, at udvidelse af disse kredsløb med superledende metamaterialer kan muliggøre fremtidige kvanteberegningsteknologier og yderligere undersøgelse af mere komplekse kvantesystemer, der ligger uden for vores evne til at modellere ved hjælp af selv de mest kraftfulde klassiske computersimuleringer. "

Papiret har titlen "Superledende metamaterialer til bølgelederkvanteelektrodynamik."