En ny type kvasipartikel

Russiske videnskabsmænd har eksperimentelt bevist eksistensen af ​​en ny type kvasipartikel - tidligere ukendte excitationer af koblede fotonerpar i qubit-kæder. Denne opdagelse kunne være et skridt mod uorden-robuste kvantemetamaterialer. Undersøgelsen blev offentliggjort i Fysisk gennemgang B .

Superledende qubits er en førende qubit-modalitet i dag, som i øjeblikket forfølges af industrien og den akademiske verden til kvanteberegningsapplikationer. Imidlertid, kvantecomputeres ydeevne er i høj grad påvirket af dekohærens, der bidrager til en qubits ekstremt korte levetid og forårsager beregningsfejl. En anden stor udfordring er lav kontrollerbarhed af store qubit-arrays.

Metamateriale kvantesimulatorer giver en alternativ tilgang til kvanteberegning, da de ikke kræver en stor mængde styreelektronik. Ideen bag denne tilgang er at skabe kunstigt stof ud af qubits, hvis fysik vil adlyde de samme ligninger som for noget virkeligt stof. Omvendt du kan programmere simulatoren på en sådan måde, at den inkorporerer stof med egenskaber, der endnu ikke er blevet opdaget i naturen.

Arrays af superledende qubits er generelt beskrevet af Bose-Hubbard-modellen. Et interessant træk ved Bose-Hubbard-modellen er fremkomsten af ​​bundne bosonpar (doubloner) forårsaget af den stærke kvante-ulinearitet. Den topologiske fysik af dubloner er blevet grundigt udforsket i en række nyere teoretiske værker. Imidlertid, den eksperimentelle undersøgelse af topologiske egenskaber af bundne fotonpar mangler stadig.

En gruppe videnskabsmænd fra NUST MISIS, russisk kvantecenter, ITMO Universitet, Bauman Moskva Stats Tekniske Universitet, Dukhov Automatics Research Institute (VNIIA) og Ioffe Institute brugte en række superledende qubits til at konstruere en kvantesimulator. Quantum bruger sammenfiltring og mangepartikeladfærd til at udforske og løse hårde videnskabelige, ingeniørarbejde, og beregningsmæssige problemer.

"Ved at registrere egenskaberne af qubits, vi kan drage konklusioner om en bredere klasse af fysiske systemer beskrevet af de samme ligninger. Og hvis vi kan ændre parametrene for disse ligninger på en kontrolleret måde, så kan en sådan enhed betragtes som en "specialiseret simulator." Selvfølgelig, dens programmerbarhed er ikke den samme som for en kvantecomputer, men dets skalering kræver væsentligt færre ressourcer, " forklarer hovedforfatteren af ​​undersøgelsen Ilya Besedin, juniorforsker ved NUST MISIS Laboratory of Superconducting Metamaterials.

Forskerne konstruerede en række superledende transmon-qubits med alternerende kobling. På grund af vekslen mellem stærke og svage bånd, to zoner og en kanttilstand vises i dette system. Denne tilstand er klassificeret som topologisk. I øvrigt, eksperimentet viser, at dubloner også danner en kanttilstand.

"Vi var i stand til at se, hvordan dubloner danner disse zoner, og vi formåede endda at detektere, hvordan en kant-dobbelt-tilstand optrådte ved den øvre kant af dobbeltzonen, da vi øgede længden af ​​arrayet, " bemærker Ilya Besedin.

Dermed, forskerne var i stand til for første gang at demonstrere, at en ny type kvasipartikler - dobbelttopologiske excitationer - kan opstå i qubit-kæder.

"Forskning i superledende qubits og kvantekredsløb er i øjeblikket i gang i mange lande rundt om i verden, og konkurrencen på dette område er stigende. Denne undersøgelse på 11 qubits viser, at Rusland har opnået et højt niveau af videnskabelig udvikling inden for superledende kvantecomputere, " bemærker prof. Alexey Ustinov, Leder af Laboratoriet for Superledende Metamaterialer hos NUST MISIS og gruppeleder ved Russian Quantum Center, der var medforfatter til undersøgelsen.