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.
Позавчера, 09:23
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

2 декабря
Илья Ведмеденко

ВВС Китайской Республики (Тайваня) получили первый учебно-боевой самолет Т-5 Brave Eagle. Машину разработали на основе легкого истребителя F-СК-1 Ching-kuo.

2 декабря
Василий Парфенов

Пару недель назад Международная космическая станция разменяла 23-й год своего существования на орбите. И хотя далеко не все ее модули насчитывают и десяти лет эксплуатации, конструкция в целом давно вызывает опасения в надежности. В числе прочего американскую сторону особо волнуют недавние неполадки в российском сегменте. Их считают предвестником серьезного препятствия человеческой экспансии в космос — когда мы лишимся важнейшего форпоста на орбите Земли, а замены ему еще не появится.

29 ноября
Мария Азарова

Ученые из США представили альтернативный молекулярный механизм образования меланоцитарного невуса, который согласуется как с экспериментальными, так и с клиническими наблюдениями.

29 ноября
Василий Парфенов

Польские ученые-полярники засняли редкое событие — охоту полярного медведя не на морскую добычу, а наземную. Правда, молниеносная атака все равно произошла в воде. Подобное поведение северного хищника впервые удалось запечатлеть на видео.

30 ноября
Сергей Васильев

Ультрагорячий юпитер TOI-2109b находится в 20 раз ближе к своей звезде, чем Меркурий – к Солнцу, и на его дневной стороне легко расплавится и железо, и сталь.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

18 ноября
Ольга Иванова

Группа исследователей из Китая и США выявила дополнительный фактор, который мог способствовать самому крупному вымиранию на планете.

[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?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: