Текст уведомления здесь

Российские физики разработали алгоритмы для сверхчувствительных квантовых сенсоров

С их помощью можно в несколько раз увеличить разрешение магнитных сенсоров на кубитах.
Добавить в закладки
Комментарии

Российские физики в разы повысили чувствительность квантовых магнитометров на основе сверхпроводящих кубитов. Об этом ученые из Московского физико-технического института (МФТИ) и их коллеги из Швейцарии и Финляндии пишут в новой статье, опубликованной журналом npj Quantum Information. Коротко об их работе рассказывает пресс-релиз Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETHZ).

Технологии манипуляции квантовыми системами открывают дорогу к созданию не только сверхмощных квантовых компьютеров, но и сверхчувствительных сенсоров на основе сходных решений. Например, сверхпроводящие кубиты-трансмоны могут использоваться и для вычислений, и в метрологии.

Трансмон представляет собой систему из сверхпроводящих электродов с двумя наноразмерными барьерами, через которые из-за квантового туннелирования может протекать ток. Прошедшие через барьеры электроны интерферируют, причем интерференционная картина будет меняться в зависимости свойств проходящего через такой кубит внешнего магнитного поля. Это позволяет использовать трансмоны в качестве высокочувствительных магнитометров.

Андрей Лебедев и Гордей Лесовик из лаборатории физики квантовых информационных технологий МФТИ совместно с коллегами из EHTZ предложили новый подход к анализу поведения трансмона, позволяющий частично избавиться от обычных ограничений точности, связанных с проявлением шумового сигнала. Для этого проводится серия «адаптивных» измерений, параметры каждого из которых определяются результатом, полученным в предыдущем цикле измерений.

Эксперименты с магнитометрами-трансмонами были поставлены группой в финском Университете Аалто. Они показали, что новые алгоритмы позволяют увеличить чувствительность системы в шесть раз. Авторы отмечают, что разработка может найти применение не только в квантовой метрологии, но и в квантовых компьютерах будущего.

Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Квантовые вихри Абрикосова впервые нашли вне сверхпроводников

Лучшее понимание этого явления важно для создания элементной базы квантовых компьютеров будущего.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученые из МФТИ и их французские коллеги обнаружили, что характерные для сверхпроводников квантовые вихри сверхтоков, более известные как вихри Абрикосова, также возникают и в обычном, несверхпроводящем металле, если последний находится в хорошем контакте со сверхпроводником. Кроме того, исследователям удалось впервые создать модель, точно описывающую такие наведенные вихри. Соответствующая статья опубликована в Nature Communications. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ.

Сегодня сверхпроводимость активно используются при создании особо мощных электромагнитов для томографов и ускорителей, в опытных линиях электропередачи и поездах на магнитном подвесе, а также в сверхчувствительных датчиках. На их же основе создаются и так называемые искусственные атомы или кубиты — основа будущих квантовых вычислительных систем. Однако создание почти любых сверхпроводниковых устройств требует понимания закономерностей работы не только самого сверхпроводника, но и прилегающего к нему обычного материала.

Известно, что контакт обычного металла со сверхпроводником сильно меняет свойства обоих материалов в сравнительно толстом по меркам микромира слое — на глубину до нескольких сотен нанометров. Металл обретает «сверхпроводящие» свойства, такие как, например, способность пропускать ток без сопротивления. Однако до сих пор оставалось неясно, как конкретно это происходит: могут ли в таком металле существовать квантовые вихри, обеспечивающие сверхпроводимость в самих сверхпроводниках? Квантовым вихрем — а в случае сверхпроводящего тока это вихри Абрикосова — называют вихрь сверхпроводящего тока, циркулирующий вокруг нормального (несверхпроводящего) ядра (нити вихря).

Квантовый вихрь на границе сверхпроводника (Nb) и металла (Cu). Изображение: Елена Хавина (пресс-служба МФТИ)
Квантовый вихрь на границе сверхпроводника (Nb) и металла (Cu). Изображение: Елена Хавина (пресс-служба МФТИ)

[ ... ]
Читать полностью

В МФТИ разработали концепцию акустических квантовых компьютеров

Они будут надежные и миниатюрные.
Добавить в закладки
Комментарии

Группа ученых из МФТИ, НИТУ «МИСиС», МГПУ и Лондонского университета создала искусственную квантовую систему, в которой квантовый бит взаимодействует с акустическим резонатором в квантовом режиме. Это впервые в мировой практике позволит изучать на акустических волнах известные эффекты квантовой оптики. Потенциально на этой основе можно развить альтернативный — акустический подход к созданию квантовых компьютеров. В теории это сможет обеспечить им большую устойчивость в работе и компактность. Соответствующая статья опубликована в Physical Review Letters.

Энергетический спектр трасмона похож на энергетический спектр атома. Частота перехода между первыми двумя уровнями равна ω 01. Изображение: Елена Хавина / пресс-служба МФТИ
Энергетический спектр трасмона похож на энергетический спектр атома. Частота перехода между первыми двумя уровнями равна ω 01. Изображение: Елена Хавина / пресс-служба МФТИ

Сегодня одной из самых перспективных схем для кубитов является сверхпроводящий кубит — трансмон — с поверхностными акустическими (звуковыми) волнами в резонаторе. Трансмон ведет себя как искусственный атом, то есть у него есть энергетические уровни, между которыми он может переходить. Если на одной микросхеме с кубитом расположить микроволновый резонатор, который будет поддерживать и усиливать микроволны, то кубит начнет с ним взаимодействовать. Он сможет переходить в возбужденное или основное состояние, поглощая из резонатора или излучая в него фотон с частотой, равной частоте перехода кубита из одного состояния в другое. При этом резонансная частота самого резонатора будет изменяться в зависимости от состояния кубита. Таким образом, измеряя характеристики резонатора, можно производить чтение и запись информации с помощью кубита. Не так давно начались попытки вместо микроволн (фотонов) использовать механическое воздействие (фононы) в виде акустических волн.

Микроволновый чип. На квадратном участке — их всего семь — расположен кубит. Изогнутые линии — это микроволновые резонаторы, у каждого из них своя резонансная частота. Изображение: Елена Хавина / пресс-служба МФТИ

Микроволновый чип. На квадратном участке — их всего семь — расположен кубит. Изогнутые линии — это микроволновые резонаторы, у каждого из них своя резонансная частота. Изображение: Елена Хавина / пресс-служба МФТИ

[ ... ]
Читать полностью

Физик Городецкий закрутил свет одиночной волной в шепчущей галерее

Беспорядочный свет в оптических микрорезонаторах способен самоорганизовываться в отдельный импульс — солитон.
Добавить в закладки
Комментарии

Коллаборация ученых из России, США и Франции значительно продвинула исследования в области оптических микрорезонаторов. Особый режим работы приводит к самоорганизации света в резонаторе и созданию коротких одиночных возбуждений — солитонов. О возможных применениях и будущих перспективах данных разработок рассказывает обзорная статья, опубликованная в журнале Science.

В повседневной жизни мы часто сталкиваемся с эффектом шепчущей галереи: стоя на разных концах круглого помещения, два человека могут перешептываться друг с другом. Такое явление было впервые изучено лордом Рэлеем в 1910 году в соборе Святого Павла в Лондоне, а жители Москвы могут всегда проверить его существование на станции метро «Маяковская». Звуковая волна, отражаясь от стен, может следовать по кругу и даже возвращаться обратно к своему источнику. По такому же принципу работают оптические микрорезонаторы — это шепчущие галереи, но для света. Прозрачные диски или сферы размером в несколько десятков микрометров «запирают» свет внутри, заставляя его распространяться по кругу.

Чтобы понять, как они работают, опять обратимся к звуку. Представим себе натянутую гитарную струну. Она закреплена в двух местах и образует стоячую волну, равную ее удвоенной длине. Это первая мода струны — один из возможных типов ее колебаний, или, иначе, количество длин волн, укладывающихся на ее протяженности. Если мы тронем струну, то мода изменится — длина волны станет равна струне, либо ее ⅔, либо вообще половине. Аналогичный процесс происходит и в микрорезонаторе, за исключением того, что струна здесь превращается в окружность, а вместо руки используется лазер.

Высокая интенсивность света, «запертого» в микрорезонаторе, приводит к образованию различных мод шепчущей галереи с разными частотами. А определяются они следующим образом: возвращаясь в исходную точку окружности, волна должна переходить сама в себя. Таким образом, излучение в микрорезонаторе переходит в набор из большого количества волн с частотами, отличающимися на постоянную величину. Иными словами, одна мощная мода в резонаторе порождает много-много других мод. А ее, в свою очередь, подкачивают лазером на той же длине волны. [ ... ]

Читать полностью