Войти

Российские ученые сделали шаг к созданию гибридных квантовых компьютеров

3848
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
  • 28.09 06:00
  • 10642
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 27.09 21:17
  • 0
О неизбежности перехода (точнее, перевода) СВО в войну против европейского нацизма
  • 27.09 20:00
  • 104
ChatGPT-4 и нейросети (ИИ) спешат на помощь ГШ ВС РФ и Российской армии
  • 27.09 19:45
  • 1
Комментарий на "Стала известна ценность атакованного ВСУ российского ЗРК «Бук-М3»"
  • 27.09 06:47
  • 2
Российский 350-нм фотолитограф готов к массовому производству
  • 26.09 23:22
  • 0
Комментарий к "Названа альтернатива «расточительному» «Панцирю»"
  • 26.09 21:29
  • 0
Комментарий к ""Преступник" против "Молнии": Су-57 или F-35 — кто кого? (The National Interest, США)"
  • 26.09 19:33
  • 0
Комментарий к "Что стоит за призывом США к ядерному разоружению"
  • 26.09 17:37
  • 0
В Европе правят «безответственные политики, которым плевать на собственных граждан»
  • 26.09 12:12
  • 1
Что стоит за призывом США к ядерному разоружению
  • 26.09 04:12
  • 0
Комментарий к "«Война на Украине сигнализирует о крупных потерях»: танк K2 усилят КАЗ Trophy"
  • 26.09 03:06
  • 0
О высказывании Трампа по поводу СВО
  • 26.09 02:51
  • 1
К вопросу о военно-позиционном тупике на "украинских фронтах"
  • 25.09 21:51
  • 0
Комментарий к "Боевые действия на Украине пора заканчивать (The Telegraph UK, Великобритания)"
  • 25.09 20:51
  • 0
Комментарий к "Залужный: на фронте в настоящее время тупик, как во времена «Курской авантюры»"