Текст уведомления здесь

Смешение электромагнитных волн в искусственном атоме поможет квантовой электронике

Российские и британские исследователи впервые смогли показать на одном объекте и классическое, и квантовое смешение электромагнитных волн.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученые из МФТИ и их коллеги из Великобритании поставили необычный эксперимент. Им удалось смешать электромагнитные волны одновременно и классическим, и квантовым путем в одном искусственном атоме. В результате физики получили от этой системы переизлучение фотонов с более высокой частотой. При этом основная часть переизлученных фотонов имела одинаковую частоту, а почти все фотоны с побочными частотами были подавлены. Этот эффект может найти применение в будущих устройствах квантовой электроники.

Искусственными атомами ученые называют системы, способные поглотить отдельный фотон и затем испустить свой собственный, но уже с другой энергией и длиной волны — точно так же, как это делает атом «натуральный». Подобные системы полезны для квантовой электроники, однако далеко не всегда параметры их работы в полной мере подконтрольны исследователям. Например, часто они выдают «на выход» фотоны не с той частотой и энергией, которая требуется.

Для имитации атома физики по всему миру используют сверхпроводящий кубит («квантовый бит»), построенный из нескольких джозефсоновских контактов, состоящих из двух сверхпроводников, которые разделены тонким слоем диэлектрика. Носителями тока в сверхпроводнике выступают куперовские пары электронов. Они могут «просачиваться» (туннелировать) через тонкий слой диэлектрика, переводя кубит из возбужденного состояния с большей энергией в основное, невозбужденное, с меньшей энергией.

При работе кубита на него по входящему волноводу приходит управляющий сигнал. Он передает кубиту избыточную энергию, переводя его в возбужденное, излучающее состояние. Из-за этого кубит испускает один фотон, который по исходящему волноводу уходит к последующим элементам схемы. Такой кубит легко контролируется магнитным полем: при изменении его силы меняется частота излучения.

Однако и в этом случае все управляется далеко не идеально. При пропускании двух разных электромагнитных волн через такой искусственный атом они взаимодействуют друг с другом. В результате при рассеянии кубит переизлучает фотоны нескольких разных частот, связанных по определенной формуле с частотами обеих исходных волн. Такова классическая картина смешивания электромагнитных волн.

В новом эксперименте впервые удалось зафиксировать картину смешивания классических и квантовых состояний света. Когда две световые волны попадали в искусственный атом-кубит (имея частоту, близкую к его резонансной частоте) не одновременно, часть фотонов, которые переизлучал после этого кубит, имели необычное распределения по частотам. Неожиданно основная часть побочных частот исчезала, и оставалась, по сути, всего одна частота. За счет этого спектр «вторичных» фотонов из искусственного атома очень сильно отличался от классического — его можно было заранее «ограничить» определенными рамками.

Новая работа продемонстрировал не просто необычный с теоретической точки зрения эффект. Кубит на джозефсоновских сверхпроводящих контактах — это основа квантовых компьютеров, их «строительный кирпичик». Те, кто первыми добьются наиболее эффективного контроля за параметрами и поведением таких кубитов, смогут создавать квантовые компьютеры, на которых можно решать задачи, доступные для обычных компьютеров только за миллиарды лет непрерывной работы.

Соответствующая статья опубликована в журнале Nature Communications.

Подробнее о перспективах квантовых компьютеров читайте на «Чердаке».

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы