Descoperirea primilor bits cuantici

Foto: Media

Rusia a dezvoltat cel mai mare computer cuantic

Descoperirea a fost făcută de cercetători de la Universitatea Națională de Știință și Tehnologie din Rusia, în colaborare cu cercetătorii de la Universitatea din Karlsruhe din Germania și Institutul de Tehnologie Fotonic din Leibniz din Jena.

O echipă de cercetători coordonați de profesorul Alexei Ustinov, șeful laboratorului MISiS pentru metale superconductoare, a creat primii qubits (analogul cuantic al bitului binar clasic folosit pentru a stoca informații în computerele cuantice) pe bază de metamateriale care pot fi folosite ca elemente de control în circuitele electrice superconductoare.

Apariția computerelor cuantice și crearea qubits  a fost teoretizată mult timp întrucât permite posibilitatea creării unui material format din meta-atomi, ale cărui stări pot fi definite doar prin folosirea principiilor mecanice cuantice, mai degrabă decât prin ecuațiile fizicii clasice.

Până de curând, aceste idei au rămas limitate la domeniul teoriei, deoarece au necesitat crearea unor meta-qubits speciali. „Un qubit tipic constă dintr-o schemă care include trei joncțiuni Josephson,” a explicat cercetătorul de la laborator MISiS, Kirill Shulga, referindu-se la dispozitivul mecanic cuantic format din doi electrozi supraconductori utilizați pentru construcția tradițională de bits cuantici.

Noul dispozitiv metamaterial al cercetătorilor ruși și germani „are cinci tranziții simetrice față de axa centrală”, a adăugat Shulga. „Am conceput ”qubits oglindă” ca un sistem care este mai complex decât qubits superconductori obișnuiți.”

„Logica aici este simplă”, a spus omul de știință, dar cu un sistem complex „care are un set mare de libertate având un număr mai mare de factori care îi pot afecta proprietățile. Schimbarea unor parametri externi ai mediului în care metamaterialul nostru este plasat permite ca aceste proprietăți să fie pornite și deconectate, transferând un ”qubit oglindă” dintr-o stare de bază și cu un set de proprietăți în altul. ”

În cursul experimentării, cercetătorii au reușit să descopere că metamaterialul ”qubits oglindă” poate fi comutat între două moduri: în primul rând, lanțul de qubits permite trecerea liberă a radiației electromagnetice în intervalul de microunde, rămânând în același timp un element cuantum. În al doilea rând, blochează trecerea undelor electromagnetice, rămânând din nou un sistem cuantic.

Inginerul de laborator MISiS, Ilya Besedin,  a spus că rezultatul cercetării lor arată că în într-un câmp magnetic acest metamaterial poate fi folosit ca element de control în sistemele de transmisie a semnalelor cuantice (fotoni individuali) în tipurile de circuite în curs de dezvoltare pentru utilizarea în computerele cuantice.

Sitemul ”Qubits oglinzi” este mult mai complex decât verișorul lor convențional, această complexitate poate teoretic să se potrivească sau chiar să depășească capacitățile computerelor electronice moderne, permițând ca astfel de sisteme să fie folosite ca simulator cuantic, adică un dispozitiv capabil să simuleze sau să modeleze proprietățile unui proces material real.

Rezultatele echipei de cercetare au fost publicate în revista științifică Nature Communications.

În calculul cuantic, un bit sau cuantic bit (uneori qbit) este o unitate de informații cuantice – analogul cuantic al sistemului binar clasic. Un qubit este un sistem mecanic cuantic cu două stări, cum ar fi polarizarea unui singur foton: aici cele două stări sunt polarizarea verticală și polarizarea orizontală.