Tutkijat kehittävät kvanttimetamaterialia monimutkaisista kaksoisviivoista

Uuden sukupolven robotit ???? (Saattaa 2019).

Anonim

Venäjän ja saksalaisten tiedemiehiä edustava kansainvälinen ryhmä on tehnyt läpimurtoa näennäisesti mahdottomista materiaaleista. He ovat luoneet maailman ensimmäisen kvanttimetamaterialin, jota voidaan käyttää ohjauselementtinä suprajohtaviin sähköpiireihin.

Metamateriaalit ovat aineita, joiden ominaisuudet määräytyvät atomien rakenteellisella järjestelyllä. Jokainen rakenne on satoja nanometrejä ja sillä on omat ominaisuutensa, jotka häviävät, kun tutkijat yrittävät erottaa materiaalin osiksi. Tällaista rakennetta kutsutaan metaatomiksi (jota ei saa sekoittaa Mendeleevin jaksollisen taulukon yhteisten atomien kanssa). Meta-atomeista koostuvaa ainetta kutsutaan meta-aineeksi.

Viime aikoihin asti toinen ero atomien ja meta-atomien välillä oli, että perinteisten atomien ominaisuudet kuvataan kvanttimekaniikan yhtälöillä, kun taas metaatomit on kuvattu klassisilla fysiikan yhtälöillä. Kuitujen luominen johti kuitenkin mahdollisuuteen rakentaa metamateriaaleja, jotka koostuvat metaatomeista, joiden tilaa voidaan kuvata kvanttimekaanisesti. Tämä tutkimus edellytti kuitenkin epätavallisten joukkojen syntymistä.

Kansainvälinen tiedemiesryhmä on luonut maailman ensimmäisen niin sanotun "kaksois" kvitin sekä metamaterialin sen perusteella. Uuden materiaalin erinomaisten ominaisuuksien ansiosta on mahdollista luoda yksi suprajohtavien elektronisten laitteiden keskeisistä elementeistä.

Kirill Shulga, tutkija NUST MISIS -teknologian suprajohtavien metamateriaalien laboratoriossa ja projektin ensimmäinen kirjailija, totesi, että tavanomainen qubit koostuu kolmesta Josephson-risteyksestä. Kaksoiskilpi koostuu kuitenkin viidestä liitoksesta, jotka ovat symmetrisiä keskiakseliin (ks. Kaavio).

"Twin quibit oli tarkoitus toimia monimutkaisempana järjestelmänä kuin perinteiset suprajohtavat qubitit. Logiikka tässä on melko yksinkertainen: monimutkaisempi (keinotekoisesti monimutkainen) järjestelmä, jolla on suuri määrä vapausasteita, on suurempi määrä tekijöitä, voi muuttaa sen ominaisuuksia. Kun muutat metamateriaalin ulkoisia ominaisuuksia, voimme kääntää nämä ominaisuudet päälle ja pois kääntämällä kaksois qubit yhdeltä tilalta tietyillä ominaisuuksilla toiselle ominaisuudelle, hän sanoi.

Tämä tuli ilmi kokeen aikana, koska koko metamateriaali, joka koostui kahdesta qubitistä, siirtyi kahden eri tilan välillä.

"Yhdessä tilassa ketjupetsi lähettää hyvin elektronisesti sähkömagneettisen säteilyn samalla kun se pysyy kvanttimekijänä. Toisessa tilassa se kääntää suprajohtavan vaiheen 180 astetta ja lukitsee sähkömagneettisten aaltojen lähetyksen itseensä. Joten magneettikentän avulla tällaista materiaalia voidaan käyttää säätöelementtinä kvanttisignaaleissa (erilliset fotonit) piireissä, joista kvantti-tietokoneiden kehittäminen koostuu ", sanoo Ilya Besedin, insinööri NUST MISIS -teknologian suprajohtavien metamateriaalien laboratoriossa.

On vaikea laskea tarkasti yhden twin qubitin ominaisuuksia tavalliselle tietokoneelle verrattuna standardin qubitin ominaisuuksiin. On mahdollista saavuttaa monimutkaisuuden raja, taso, joka ylittää tai ylittää nykyaikaisten elektronisten tietokoneiden kyvyt, jos qubits muuttuu moninkertaiseksi monimutkaisemmaksi. Tällaista monimutkaista järjestelmää voidaan käyttää kvanttimulaattorina eli laitteena, joka pystyy ennustamaan tai simuloimaan tietyn todellisen prosessin tai materiaalin ominaisuuksia.

Kuten tutkijat huomauttivat, heidän oli ratkaistava paljon teorioita kuvaamaan oikein prosessit, joita esiintyy kvanttimateriaaleissa. Artikkeli "Magnetically induced transparency of a quantum metamaterial koostuu twin flux qubits" julkaistaan Nature Communications.

menu
menu