Войти

Российские ученые сделали шаг к созданию гибридных квантовых компьютеров

3667
0
+2
Лаборатория НИТУ «МИСиС»
Лаборатория НИТУ «МИСиС».
Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Коллектив ученых из НИТУ "МИСиС" и МФТИ разработал платформу для осуществления фотон-магнонного взаимодействия на одном чипе и экспериментально подтвердил эффективность ее работы. Разработка российских ученых может стать шагом к созданию гибридных квантовых устройств, которые сегодня считаются наиболее перспективным способом передачи квантовой информации.

На сегодняшний день существует множество вариантов квантовых устройств: твердотельные сверхпроводящие, оптические на фотонах, с атомными ловушками и др. Каждый из них имеет свои недостатки и преимущества. Одним из наиболее перспективных направлений развития квантовой вычислительной техники считается создание гибридных устройств, в которых элементы каждого типа будут отвечать за определенную функцию.

"Например, на сверхпроводящих кубитах можно производить вычисления, но передавать данные все же удобнее по оптоволоконной связи, то есть с помощью фотонов. Поэтому необходимо сделать так, чтобы произошла конверсия микроволнового излучения в фотоны, - поясняет руководитель исследования Игорь Головчанский, руководитель лаборатории криоэлектронных систем НИТУ "МИСиС", старший научный сотрудник лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИ. - Потом информация приходит на устройство, работающее по третьему принципу, и она должна снова конвертироваться и уже жить на этом устройстве".

В последнее десятилетие в центре внимания исследователей и разработчиков оказались гибридные системы на основе коллективных спиновых возбуждений, или магнонов. Одно из наиболее заметных преимуществ магнонных устройств заключается в том, что магнонные системы достаточно легко перестраиваются магнитным полем. При этом магнонные системы по размеру существенно меньше фотонных, что значительно затрудняет разработку гибридных устройств. И это один из самых больших вызовов для ученых.

Российским ученым удалось создать систему, в которой реализовано сверхсильное фотон-магнонное взаимодействие, и экспериментально подтвердить силу этого взаимодействия. Так, сила фотон-магнонной связи в разработанной системе составила порядка 350 Гц. Для сравнения, ранее максимальный показатель для таких систем составлял около 100 Гц, а еще несколько лет назад этот показатель не превышал 1 Гц.

"Система состоит из двух сверхпроводящих пленок, разделенных диэлектриком. В таких системах радикально меняется фазовая скорость, то есть фотон становится гораздо медленнее, что для данной системы критически важно, поскольку именно замедление фотонной фазовой скорости гарантирует прочность фотон-магнонной связи, - объясняет Игорь Головчанский. - Затем внутрь этого "сэндвича" сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник мы встраиваем еще ферромагнитную пленку, и получается, что электромагнитные волны, которые живут в этой трехслойной конструкции, начинают взаимодействовать с ферромагнетиками. Ферромагнетики тоже начинают влиять на систему, и происходит гибридизация".

При этом сверхсильная фотон-магнонная связь в созданной российскими учеными системе подтверждает присутствие в ней гибридных квазичастиц, которые ранее в подобных системах не наблюдались, а именно частицы плазмон-магнон-поляритонов, плазмонная составляющая которых защищает систему от так называемого сверхизлучающего перехода.

"В нашей системе мы обнаружили, что так называемые Куперовские пары (связанное состояние двух взаимодействующих через фонон электронов), вносят определенный вклад в энергию системы, и меняют законы дисперсии этой системы, то есть резонансные частоты и т.п., - подчеркивает Головчанский. - Это важно, потому что все строится вокруг так называемой модели Дике, в которой рассматривается ансамбль частичек, которые могут взаимодействовать с электромагнитным полем, и в принципе, если бы не было этого слагаемого, наша система могла бы перейти сверхизлучательное состояние. Мы показали, что в наших системах сверхизлучательного перехода быть не может".

Разработанная российскими учеными платформа для фотон-магнонного взаимодействия может не только стать основой для гибридных квантовых вычислительных устройств, но позволит продвинуться в дальнейшем изучении таких тонких физических явлений как, например, обменные спиновые волны. При этом ее существенным преимуществом является возможность создания сверхсильной фотон-магнонной связи на одном чипе.

Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Applied.

Права на данный материал принадлежат RusNanoNet.ru
Материал размещён правообладателем в открытом доступе
  • В новости упоминаются
Страны
Продукция
Проекты
Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ
Ежедневная рассылка новостей ВПК на электронный почтовый ящик
  • Разделы новостей
  • Обсуждаемое
    Обновить
  • 23.11 12:32
  • 5841
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 23.11 12:20
  • 2
Путин оценил успешность испытаний «Орешника»
  • 23.11 11:58
  • 1
Путин назвал разработку ракет средней и меньшей дальности ответом на планы США по развертыванию таких ракет в Европе и АТР
  • 23.11 10:28
  • 2750
Как насчёт юмористического раздела?
  • 23.11 08:22
  • 685
Израиль "готовился не к той войне" — и оказался уязвим перед ХАМАС
  • 23.11 04:09
  • 1
Начало модернизации "Северной верфи" запланировали на конец 2025 года
  • 22.11 20:23
  • 0
В рамках "корабельной полемики".
  • 22.11 16:34
  • 1
Степанов: Канада забыла о своем суверенитете, одобрив передачу США Украине мин
  • 22.11 16:14
  • 11
Россия впервые ударила межконтинентальной баллистической ракетой по Украине. На что способен комплекс «Рубеж»?
  • 22.11 12:43
  • 7
Стало известно о выгоде США от модернизации мощнейшего корабля ВМФ России
  • 22.11 03:10
  • 2
ВСУ получили от США усовершенствованные противорадиолокационные ракеты AGM-88E (AARGM) для ударов по российским средствам ПВО
  • 22.11 02:28
  • 1
Путин сообщил о нанесении комбинированного удара ВС РФ по ОПК Украины
  • 21.11 20:03
  • 1
Аналитик Коротченко считает, что предупреждения об ответном ударе РФ не будет
  • 21.11 16:16
  • 136
В России запустили производство 20 самолетов Ту-214
  • 21.11 13:19
  • 16
МС-21 готовится к первому полету