Ryska forskare har experimentellt bevisat förekomsten av en ny typ av kvasipartikel - tidigare okända excitationer av kopplade par fotoner i qubitkedjor. Denna upptäckt kan vara ett steg mot störningsstabila kvantmetamaterial. Studien publicerades i Fysisk granskning B .

Superledande qubits är en ledande qubit -metod i dag som för närvarande eftersträvas av industri och akademi för kvantberäkningsprogram. Dock, kvantdatorernas prestanda påverkas till stor del av dekoherens som bidrar till en qubits extremt korta livslängd och orsakar beräkningsfel. En annan stor utmaning är låg kontrollerbarhet för stora qubit -matriser.

Metamaterials kvantsimulatorer tillhandahåller ett alternativt tillvägagångssätt för kvantberäkning, eftersom de inte kräver en stor mängd kontrollelektronik. Tanken bakom detta tillvägagångssätt är att skapa konstgjord materia av qubits, vars fysik kommer att lyda samma ekvationer som för någon verklig materia. Omvänt, du kan programmera simulatorn på ett sådant sätt att den förkroppsligar material med egenskaper som ännu inte har upptäckts i naturen.

Matriser med supraledande qubits beskrivs i allmänhet av Bose-Hubbard-modellen. En intressant egenskap hos Bose-Hubbard-modellen är framväxten av bundna bosonpar (dubbloner) orsakade av den starka kvantlinjeliniteten. Doublons topologiska fysik har utretts i stor utsträckning i en rad senaste teoretiska verk. Dock, den experimentella undersökningen av topologiska egenskaper hos bundna fotonpar saknas fortfarande.

En grupp forskare från NUST MISIS, Ryska Quantum Center, ITMO University, Bauman Moscow State Technical University, Dukhov Automatics Research Institute (VNIIA) och Ioffe Institute använde en rad superledande qubits för att konstruera en kvantsimulator. Quantum utnyttjar trassel och beteenden med många partiklar för att utforska och lösa hårt vetenskapligt, teknik, och beräkningsproblem.

"Genom att registrera egenskaperna för qubits, vi kan dra slutsatser om en bredare klass av fysiska system som beskrivs av samma ekvationer. Och om vi kan ändra parametrarna för dessa ekvationer på ett kontrollerat sätt, då kan en sådan anordning betraktas som en "specialiserad simulator". Självklart, dess programmerbarhet är inte densamma som för en kvantdator, men dess skalning kräver betydligt färre resurser, "förklarar huvudförfattaren till studien Ilya Besedin, juniorforskare vid NUST MISIS Laboratory of Superconducting Metamaterials.

Forskarna konstruerade en rad supraledande transmon qubits med alternerande koppling. På grund av växlingen mellan starka och svaga bindningar, två zoner och ett kantläge visas i detta system. Detta tillstånd klassificeras som topologiskt. Dessutom, experimentet visar att dubbletter också bildar ett kanttillstånd.

"Vi kunde se hur dubbloner bildar dessa zoner, och vi lyckades till och med upptäcka hur ett kantdubblontillstånd uppträdde vid den övre kanten av doublonzonen när vi ökade längden på matrisen, "konstaterar Ilya Besedin.

Således, forskarna kunde för första gången visa att en ny typ av kvasipartiklar - dubbla topologiska excitationer - kan uppstå i qubitkedjor.

"Forskning om supraledande qubits och kvantkretsar pågår för närvarande i många länder runt om i världen, och konkurrensen inom detta område växer. Denna studie om 11 qubits visar att Ryssland har uppnått hög vetenskaplig utveckling inom superledande kvantberäkning, "konstaterar professor Alexey Ustinov, Head of the Laboratory for Superconducting Metamaterials på NUST MISIS och Group Head på Russian Quantum Center, som var medförfattare till studien.