В МФТИ зафиксировали процессы поглощения и излучения одиночных фотонов сверхпроводниковым кубитом

❋ 4.4

Сотрудники лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ под руководством профессора Олега Астафьева напрямую продемонстрировали фундаментальный процесс обмена энергией между одиночной квантовой системой и электромагнитным импульсом. Ученым удалось увидеть временные осцилляции амплитуды управляющего импульса, распространяющегося в волноводе, соответствующие поглощению и излучению фотона одиночной двухуровневой квантовой системой, сильно связанной с волноводом. В частности, удалось впервые записать нестационарные спектрограммы излучения двухуровневой квантовой системы под действием коротких сигналов накачки.

ФизТех

# кубиты

# сверхпроводимость

# сверхпроводники

# фотоны

Излучённые фотоны в когерентном луче лазера / © 彭家杰., ru.wikipedia.org

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters и поддержано грантом РНФ. Изученные эффекты проливают свет на фундаментальные процессы взаимодействия излучения с веществом и могут быть положены в основу считывания кубитов в открытом пространстве.

Для реализации данного эксперимента ученые изготовили сверхпроводниковый кубит, сильно связанный с копланарным волноводом на чипе. Особенность данной архитектуры в том, что по воздействию кубита на управляющий импульс можно полностью восстановить его квантовую динамику, измеряя только поле прошедшей волны.

«Мы показали, что однократно прошедший мимо атома импульс содержит в себе всю информацию об эволюции двухуровневого искусственного атома. В частности, нестационарная спектральная характеристика этого импульса позволяет нам увидеть, как вынужденное излучение переходит в спонтанное.

Кроме того, мы продемонстрировали, что энергия импульса в точности уменьшается и увеличивается на один фотон благодаря сильному взаимодействию с атомом — точечным квантовым рассеивателем. Прямое наблюдение этих явлений затруднено из-за шумов, но в нашем опыте это стало возможным благодаря быстрой обработке большого массива экспериментальных данных», — говорит Андрей Васенин, научный сотрудник лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ.

Исследование иллюстрирует возможность считывания одиночных сверхпроводниковых кубитов без дополнительных резонаторов, которые обычно используются в сверхпроводниковых многокубитных системах. Такой подход в перспективе способствует уменьшению количества квантовых объектов на чипе, что в конечном счете может значительно упростить архитектуру квантовых интегральных схем.

(опубликовано при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий» № 075-15-2024-571)

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.