Физики предсказали существование и просчитали поведение нового типа квантовых состояний связанных пар частиц света. Их аналоги которых можно использовать в квантовых компьютерах, пишет пресс-служба Университета ИТМО со ссылкой на статью в научном журнале Nature Communications. "Теория опережает возможности эксперимента. Чтобы быть на переднем крае теории, мы изучаем тонкие эффекты, которые в квантовом эксперименте можно будет обнаружить только через несколько лет", – расскал об исследовании один из его авторов, старший научный сотрудник Университета ИТМО Максим Горлач.
За последние годы физики открыли множество материалов, устроенных таким образом, что электроны, частицы света и другие квантовые объекты внутри них могут двигаться только в определенных направлениях или занимать конкретные энергетические уровни. Это значительно уменьшает уровень "хаоса" внутри подобных веществ, что делает их полезными для так называемых топологических квантовых компьютеров и ряда оптических и электронных приборов.
Ученых, как отмечают Горлач и его коллеги, давно интересует то, как можно поместить в подобное состояние несколько частиц света, запутанных на квантовом уровне. Если создать излучатели и другие приборы, которые могли бы работать с подобными "упорядоченными" порциями электромагнитных волн, это позволило бы использовать их для создания классических компьютеров, а также кубитов, квантовых ячеек памяти.
Российские ученые сделали большой шаг в сторону решения этой задачи. Они открыли новый тип подобных состояний, которые описывают поведение двух связанных частиц света, ведущих себя как единое целое под действием своеобразного аналога отталкивающих сил, которые заставляют заряженные частицы удаляться друг от друга. Как правило, эксперименты по поиску подобных состояний и изучению их свойств невозможно проводить без идеально изготовленных наноструктур, которые вырабатывали бы эти частицы света. Вдобавок нужны приборы для создания квантовых состояний фотонов, а также аппаратура для их регистрации. Все эти инструменты очень дороги, они есть лишь у небольшого количества научных групп по всему миру.
Российские физики нашли способ обойтись без них. Для этого исследователи воспроизвели наборы уравнений, которые описывают поведение подобных фотонов, используя цепочки из конденсаторов и соединяющих их проводников, нанесенных на специальную печатную плату. Используя этот прибор, ученые смогли доказать, что их теоретические предположения были верны, а также предсказать несколько ключевых свойств пар частиц света с подобными свойствами.
Эти данные, как надеются исследователи, значительно упростят и удешевят экспериментальные поиски подобных состояний в опытах на реальных частицах света, что ускорит создание квантовых вычислительных устройств и других приборов на их основе. "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", – отметил Горлач.
