Физики из России создали уникальную архитектуру сверхпроводникового квантового симулятора. Этот прибор позволит ученым исследовать сложные квантовые многочастичные явления, которые ранее были недоступны для экспериментального изучения.
Ведущий научный сотрудник МФТИ Глеб Федоров отметил, что в будущем такие квантовые симуляторы смогут предсказывать свойства сложных материалов и решать фундаментальные вопросы современной физики, например, как квантовое поведение на микроуровне переходит к классическому в повседневной жизни.
Новый квантовый симулятор предназначен для изучения топологических состояний материи. В этих состояниях свойства материи определяются не только отдельными частицами, но и их расположением и связями. Топологические состояния устойчивы к случайным помехам, которые обычно разрушают квантовые системы.
Природные материалы трудно использовать для изучения топологических состояний, поэтому ученые создают квантовые симуляторы, которые имитируют их структуру с помощью метаатомов – искусственных аналогов атомов. Российские физики предложили использовать для этого поляризационные трансмоны. Это искусственные атомы, состоящие из четырех сверхпроводниковых островков, соединенных джозефсоновскими переходами.
Исследователи из МФТИ и Института радиотехники и электроники РАН провели расчеты и показали, что цепочку из этих трансмонов, расположенных зигзагом, можно использовать для изучения сложных топологических состояний, описанных орбитальной моделью Су – Шриффера – Хигера. Ранее физики пытались воспроизвести эти состояния с помощью акустических резонаторов и наночастиц, но не смогли повторить все их квантовые свойства.
Ученые проверили работоспособность предложенной архитектуры с помощью трехмерного электромагнитного моделирования. По их словам, эта идея создает теоретическую и инженерную основу для будущих экспериментов и открывает путь к исследованию топологических квантовых систем, многочастичных явлений и топологических материалов. Эти материалы могут стать основой для новых квантовых устройств и компонентов электроники.
Источник: ТАСС
распечатать статью
