Физики проливают свет на тьму – новый успешный эксперимент

Физикам-экспериментаторам под руководством Герхарда Кирхмайра вместе с физиками-теоретиками из Университета Оулу, Финляндия, впервые удалось управлять защищенными квантовыми состояниями — так называемыми темными состояниями — в сверхпроводящих квантовых битах.

Запутанные состояния в 500 раз надежнее и могут использоваться, например, в квантовом моделировании.

В лаборатории Герхарда Кирхмайра в Институте квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI) Австрийской академии наук в Инсбруке, Австрия, сверхпроводящие квантовые биты соединены с волноводами. Когда несколько таких квантовых битов включаются в волновод, они взаимодействуют друг с другом, что приводит к так называемым темным состояниям.

«Это запутанные квантовые состояния, которые полностью отделены от внешнего мира», — объясняет Макс Заннер, первый автор статьи. «Они, так сказать, невидимы, поэтому их называют темными состояниями».

Эти состояния представляют интерес для квантового моделирования или обработки квантовой информации — в последние годы соответствующие предложения делались несколько раз. На сегодняшний день, однако, невозможно контролировать и манипулировать этими темными состояниями, не нарушая их невидимости. Экспертиза ремонта

Теперь группа под руководством Герхарда Кирхмайра разработала систему, с помощью которой можно управлять темными состояниями сверхпроводящих цепей в микроволновом волноводе извне.

Расширяемый по желанию

«До сих пор проблема всегда заключалась в том, как контролировать темные состояния, которые полностью отделены от окружающей среды», — говорит Герхард Кирхмайр, который также является профессором экспериментальной физики в Университете Инсбрука. «С помощью трюка нам удалось найти доступ к этим темным состояниям». Его команда встроила четыре сверхпроводящих квантовых бита в микроволновый волновод и подключила линии управления через два боковых входа.

Используя микроволновое излучение через эти провода, можно управлять темными состояниями. Вместе четыре сверхпроводящие схемы образуют надежный квантовый бит со временем хранения примерно в 500 раз больше, чем у отдельных схем.

В этом квантовом бите одновременно существует несколько темных состояний, которые можно использовать для квантового моделирования и обработки квантовой информации. «В принципе, эту систему можно расширять произвольно», — говорит Матти Сильвери из отдела исследований нано- и молекулярных систем Университета Оулу, Финляндия.

Успешный эксперимент является отправной точкой для дальнейших исследований темных состояний и их возможных приложений.

Пока это в основном области фундаментальных исследований, где еще много открытых вопросов относительно свойств таких квантовых систем. Разработанная инсбрукскими физиками концепция управления темными состояниями в принципе может быть реализована не только с помощью сверхпроводящих квантовых битов, но и на других технологических платформах.

«Однако схемы, которые мы используем, которые функционируют как искусственные атомы, имеют преимущества перед реальными атомами, которые гораздо сложнее прочно соединить с волноводом», — подчеркивает Герхард Кирхмайр.