Российские ученые экспериментально доказали существование нового типа квазичастиц — ранее неизвестных возбуждений связанных пар фотонов на цепочках кубитов. Открытие может стать шагом на пути к созданию устойчивых к ошибкам квантовых вычислительных систем. Статья опубликована в журнале Physical Review B.
На сегодняшний день сверхпроводящие кубиты — одни из перспективных типов кубитов, которые используются для создания квантовых вычислительных устройств. Основные проблемы квантовых компьютеров — потеря кубитами квантового состояния, приводящая к ошибкам вычислений, и организация работы очень большого числа кубитов. Квантовые симуляторы на основе метаматериалов представляют собой альтернативный подход к квантовым вычислениям. В отличие от универсальных квантовых компьютеров, им не требуется большое количество управляющей электроники. При этом из кубитов создается искусственная материя, подчиняющаяся тем же физическим уравнениям, что и реальное вещество, или же симулятор программируется таким образом, что материя приобретает свойства, не обнаруживаемые в природе.
Из-за сильной квантовой нелинейности в системе из сверхпроводниковых кубитов могут возникать дублоны — связанные состояния двух фотонов. Их топологические свойства подробно описаны теоретически, но экспериментальные подтверждения до сих пор отсутствовали. Для решения этой проблемы ученые из НИТУ «МИСиС» и их российские коллеги построили 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», — поясняет первый автор исследования Илья Беседин.
Ученые реализовали цепочку из сверхпроводниковых кубитов-трансмонов с чередующимися сильными и слабыми связями. Благодаря этому в системе возникают две зоны и краевое состояние. Такое состояние относится к топологическим. Более того, эксперимент показал, что дублоны тоже формируют краевое состояние, но только со стороны сильной связи. Таким образом, ученые впервые показали, что в цепочках кубитов могут возникать новый тип квазичастиц — дублонные топологические возбуждения.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
