Описан и смоделирован в эксперименте новый тип квантовых состояний — Naked Science
18.03.2020
Университет ИТМО
1

Описан и смоделирован в эксперименте новый тип квантовых состояний

5.1

Группа ученых из Университета ИТМО при участии коллег из МФТИ и Университета Турина предсказала новый тип квантовых топологических состояний двух фотонов и предложила доступный способ экспериментальной проверки сделанных предсказаний. Метод основан на построении аналогий — вместо дорогостоящих опытов по созданию квантовых систем с двумя и более запутанными фотонами исследователи использовали резонансные электрические цепи, работа которых описывается похожими уравнениями. Полученные результаты могут приблизить создание оптических чипов и квантовых компьютеров без проведения дорогостоящих экспериментов.

Описан и смоделирован в эксперименте новый тип квантовых состояний / ©www.pvsm.ru

Работа опубликована в журнале Nature Communications. Свет занимает важнейшее место в современных информационных технологиях – именно с помощью света информация передается по оптоволоконным кабелям на огромные расстояния. В будущем ученые предсказывают создание оптических чипов и компьютеров, в которых информация будет обрабатываться при помощи световых частиц, фотонов, а не электронов, как сейчас. Это заметно снизит потребление энергии и повысит скорость вычислительной техники, но для этого необходимы активные фундаментальные и практические исследования поведения света в микро- и наномасштабе.

Физики Университета ИТМО при участии коллег из МФТИ и Университета Турина теоретически предсказали образование нового типа квантовых состояний фотонов, в которых два фотона образуют связанную пару и оседают на краю цепочки из квантовых микрорезонаторов – кубитов. Для проведения соответствующих экспериментов необходимы специальные наноструктуры, приборы для создания квантовых состояний фотонов, а также аппаратура для их регистрации. Такие эксперименты доступны небольшому числу групп во всем мире.

Если проводить полноценный эксперимент слишком дорого, то можно попытаться придумать какую-то модель или аналогию, которая позволила бы проверить те или иные теоретические положения без столь серьезных затрат. У группы физиков из Университета ИТМО получилось сделать это. Они использовали аналогию в виде электронной платы.

«Мы подключаем внешнее питание к разным точкам на нашей плате, и с помощью мультиметра и осциллографа следим за откликом системы, – поясняет аспирант Университета ИТМО Никита Олехно. – Результат описывается классическими уравнениями, которые в нашей плате математически строго совпадают с системой квантовых уравнений, описывающих двухфотонные состояния в квантово-оптической системе. У одинаковых уравнений должны быть одинаковые решения, а как назвать переменную — волновой функцией фотона или электрическим потенциалом — уже не важно».

Конечно, полностью заменить эксперименты с квантовыми системами аналогия ученых из Университета ИТМО не может. Однако с разработанной ими классической структурой можно провести целый ряд экспериментов, что существенно снизит общую стоимость изучения явлений квантовой фотоники. То, что петербургским ученым впервые удалось подобрать аналог для изучения поведения системы из двух связанных фотонов, открывает интересные перспективы применения их разработки.

«Теория опережает возможности эксперимента. Чтобы быть на переднем крае теории, мы рассматриваем тонкие эффекты, которые в квантовом эксперименте можно будет обнаружить только через несколько лет, – поясняет руководитель проекта, старший научный сотрудник Университета ИТМО Максим Горлач.

– Мы проводим сейчас целый ряд исследований в этом направлении, рассматривая топологические краевые состояния более экзотических квантовых систем и разрабатывая способы их аналогового моделирования. Проведение таких экспериментов будет иметь важное значение как для фундаментальной физики, так и для прикладных разработок будущего». 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Университет ИТМО (Санкт-Петербург) — национальный исследовательский университет, ведущий вуз России в области информационных и фотонных технологий. Альма-матер победителей международных соревнований по программированию: ICPC (единственный в мире семикратный чемпион), Google Code Jam, Facebook Hacker Cup, Яндекс.Алгоритм, Russian Code Cup, Topcoder Open и др. Приоритетные направления: IT, фотоника, робототехника, квантовые коммуникации, трансляционная медицина, урбанистика, Art&Science, Science Communication.
8 часов назад
Мария Азарова

Генеральный конструктор «Энергии» и руководитель полета российского сегмента МКС Владимир Соловьев назвал причину незапланированного включения двигателей нового модуля «Наука», из-за которого станцию развернуло на 45 градусов.

8 часов назад
Сколтех

Исследователи Сколтеха и их коллеги изучили самый продолжительный на сегодня случай заболевания Covid-19 у пациентки с ослабленным иммунитетом, которая болела 318 дней. Исследование позволило выявить мутации, которые помогают коронавирусу SARS-CoV-2 избегать клеточного иммунитета.

Позавчера, 20:57
Илья Ведмеденко

По словам космонавта Олега Новицкого, на новом российском модуле «Наука» незапланированно включились двигатели.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

-
0
+
Здорово, когда изучают лишь систему свойств, а не каждое в отдельности, чтоб применить в системе. Может их ускоряет работа сразу с изучения системы? А по мне так система разложенная на отдельные свойства и понимание этих свойств облегчает работу с системами. Вот электрон это уже система спиона, хорона и орбиона. Почему все три имеют ещё и РАВНУЮ векторную скорость движения? Как бы Эмми Нетер отвечала? И мир наш трехмерен... Это тоже свойства.
Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: