Mezinárodní skupina ruských a německých vědců učinila průlom ve vytváření materiálů s vlastnostmi nedosažitelnými v přírodě. Vědci z Národní výzkumné technologické univerzity "MISIS", University of Karlsruhe (Německo) a Jena Institute of Photonic Technologies (Germany), pod vedením vedoucího laboratoře "supravodivých metamateriálů" NUST "MISIS" profesora Alexeje Ustinova, vytvořili také první tzv. "Zrcadlové" qubity na světě. metamateriál založený na nich. Je to první kvantový metamateriál na světě, který lze použít jako řídicí prvek v supravodivých elektrických obvodech. Výsledky práce byly zveřejněny v časopise „Nature Communications“.
Metamateriály jsou látky, jejichž vlastnosti nejsou tolik určovány atomy, z nichž jsou složeny, ale strukturami, ve kterých jsou tyto atomy sestaveny. Každá taková struktura (nazývají se "meta-atom") má rozměry desítek nebo dokonce stovek nanometrů a má svou vlastní sadu vlastností, které zmizí, když se ji pokusíte rozdělit na její součásti.
Až donedávna byl jedním ze základních rozdílů mezi atomy a meta-atomy, že vlastnosti obyčejných atomů byly popsány rovnicemi kvantové mechaniky a meta-atomy - klasickými fyzikálními rovnicemi.
Vytvoření qubits (nejmenších prvků pro ukládání informací v kvantovém počítači) vedlo k potenciálu pro konstrukci materiálu sestávajícího z meta-atomů, jejichž stav je mechanicky popsán pouze kvantově. Je pravda, že taková práce vyžadovala vytvoření speciálních qubits.
„Obyčejný qubit se skládá z okruhu, který zahrnuje tři Josephsonovy křižovatky,“vysvětluje Kirill Shulga, výzkumný pracovník v supravodivé metamateriálové laboratoři v NUST MISIS. - A složení zrcadla zahrnuje pět přechodů, symetrických okolo středové osy. Zrcadlová qubits jsme pojali jako složitější systém než běžné supravodivé qubity. Logika je zde jednoduchá: uměle složitý systém s velkým počtem stupňů volnosti má větší počet faktorů, které mohou ovlivnit jeho vlastnosti. Změnou některých vnějších parametrů prostředí, ve kterém se nachází náš metamateriál, lze tyto vlastnosti zapnout a vypnout a převést zrcadlový qubit z jednoho základního stavu s některými vlastnostmi do jiného. ““
V průběhu experimentu se ukázalo, že všechny metamateriály tvořené zrcadlovými qubity se mohou přepínat mezi dvěma režimy. V jednom z režimů přenáší řetězec takových křivek velmi dobře elektromagnetické záření v mikrovlnném rozsahu, přičemž zůstává kvantovým prvkem. V jiném otočí supravodivou fázi o 180 stupňů a blokuje průchod elektromagnetických vln skrz sebe. Je důležité, aby současně zůstal kvantovým systémem.
Mikrofotografie řetězu zrcadlových qubits. Ve spodní části je rozlišení 20 mikronů na cm, v horní části 5 mikronů na cm. Kruhy označují Josephsonovy křižovatky obsažené v jedné zrcadlové qubit / NUST MISIS Press Service.
"Ukazuje se, že s pomocí magnetického pole může být takový materiál použit jako kontrolní prvek v systémech pro přenos kvantových signálů (jednotlivých fotonů) v obvodech, které tvoří v současné době vyvíjející se kvantové počítače," komentuje Ilya Besedin, inženýrka supravodivé metamateriálové laboratoře v NUST MISIS … "Toto je jeden z klíčových prvků supravodivých elektronických zařízení."
Propagační video:
Je obtížnější přesně spočítat vlastnosti jednoho zrcadlového quitu na běžném počítači než na obyčejném qubit. Komplikováním takového quitu několikrát více je možné dosáhnout hranice složitosti, která je již blízko nebo překračuje možnosti moderních elektronických počítačů. Takový složitý systém může být použit jako kvantový simulátor, tj. Zařízení schopné předpovídat a simulovat vlastnosti určitého skutečného procesu nebo materiálu.
Autoři studie museli vyřešit řadu teorií, aby mohli správně popsat procesy probíhající v kvantovém meta-materiálu. Výsledkem těchto úvah byl článek „Magneticky indukovaná průhlednost kvantového metamateriálu složeného z dvojitých toků qubits“, publikovaný v prestižním časopise „Nature Communications“.