Российские ученые доказали существование нового типа квазичастиц
Российские ученые экспериментально доказали существование ранее неизвестного типа квазичастиц.
Работа опубликована в журнале Physical Review B, коротко о ней рассказывается в пресс-релизе, поступившем в редакцию канала «Наука».
У квантовой вычислительной техники пока есть ряд нерешенных проблем, в том числе декогеренция — потеря кубитами квантового состояния, приводящая к вычислительным ошибкам, и организация управляемой работы очень большого числа кубитов.
Решить проблему управления возможно, разработав квантовые симуляторы, решающие узкоспециализированные задачи, на основе метаматериалов. Идея состоит в том, чтобы на основе не одной, а многих частиц создать квазикубиты, которые подчиняются тем же уравнениям, что и одиночные квантовые частицы. Метаматериалы — это искусственно разработанные виды вещества, обладающие свойствами, которых вещество в природе не проявляет.
Сверхпроводящие кубиты считаются одним из самых перспективных типов кубитов при создании квантовых компьютеров.
Системы из сверхпроводящих кубитов описываются моделью Бозе — Хаббарда, в которой теоретически могут возникать так называемые дублоны (пара фотонов в одной потенциальной яме). Однако до сих пор не удавалось подтвердить существование таких дублонов.
Группа российских ученых из НИТУ «МИСиС», Российского квантового центра, Университета ИТМО, МГТУ им. Н. Э. Баумана, ВНИАА и Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе РАН разработала квантовый симулятор на основе сверхпроводниковых кубитов.
«Измеряя свойства кубитов, мы можем делать выводы о более широком классе физических систем, описываемых теми же самыми уравнениями. А если мы можем управляемым образом менять параметры этих уравнений, то такое устройство можно считать специализированным симулятором. Конечно, программируемость у него не такая, как у универсального квантового компьютера, но его масштабирование требует значительно меньшего количества ресурсов», — пояснил основной автор исследования Илья Беседин, младший научный сотрудник лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ «МИСиС».
Благодаря такому симулятору был реализован эксперимент, доказывающий существование возбуждений связанных пар фотонов на цепочках кубитов.
«Нам удалось увидеть, как дублоны формируют эти зоны, и даже удалось обнаружить, как на верхнем краю дублонной зоны, по мере того как мы увеличивали длину цепочки, начинает возникать краевое дублонное состояние», — рассказал Илья Беседин.
Таким образом, российским ученым впервые удалось наблюдать в цепочках кубитов новый тип квазичастиц — дублонные топологические возбуждения.