Разработка физиков РФ ускорит изучение связей множества квантовых частиц
Российские физики разработали архитектуру сверхпроводникового квантового симулятора, который позволит изучать квантовые многочастичные явления, ранее недоступные для экспериментальных исследований. Об этом сообщили в пресс-службе МФТИ.
По словам ведущего научного сотрудника МФТИ Глеба Федорова, в долгосрочной перспективе масштабирование таких симуляторов на основе сверхпроводящих цепей поможет предсказывать свойства сложных материалов.
Кроме того, подобные системы могут использоваться для поиска ответов на фундаментальные вопросы современной физики. Среди них — переход квантового поведения на микроуровне к классическому поведению в повседневной жизни.
Созданный специалистами симулятор предназначен для изучения топологических состояний. Это особые квантовые состояния материи, в которых свойства определяются не только отдельными элементами, но и расположением, а также связями между множеством квантовых частиц.
Такая особенность делает топологические состояния устойчивыми к случайным помехам, которые обычно разрушают квантовые состояния.
Изучать и находить подобные состояния в природных материалах крайне сложно. Поэтому ученые создают квантовые симуляторы, которые имитируют их структуру при помощи метаатомов — искусственных аналогов атомов.
Российские специалисты впервые предложили использовать для этих целей поляризационные трансмоны. Это искусственные атомы, образованные четырьмя сверхпроводниковыми островками, соединенными джозефсоновскими переходами.
Расчеты исследователей из МФТИ и Института радиотехники и электроники РАН показали, что цепочка таких трансмонов, расположенных зигзагом, подходит для экспериментального изучения сложных топологических состояний.
Эти состояния описываются орбитальной моделью Су — Шриффера — Хигера. Ранее физики пытались воспроизводить похожие состояния в опытах с акустическими резонаторами и различными наночастицами, но не могли повторить все их квантовые свойства.
Возможность реализации предложенной архитектуры ученые проверили с помощью трехмерного электромагнитного моделирования в классическом линейном режиме.
По словам физиков, новая идея создает теоретическую и инженерную основу для будущего эксперимента.
Разработка также открывает путь к изучению топологических квантовых систем с несколькими орбиталями, многочастичных явлений и топологических материалов.
Такие материалы в перспективе могут стать основой для новых квантовых устройств и электронных компонентов.
