Para ilmuwan mengembangkan metamaterial kuantum dari kubus kembar kompleks

Peneliti Swiss Buat Prototipe Robot Origami (Juni 2019).

Anonim

Sebuah tim internasional yang terdiri dari para ilmuwan Rusia dan Jerman telah membuat terobosan dalam penciptaan bahan yang tampaknya mustahil. Mereka telah menciptakan metamaterial kuantum pertama di dunia yang dapat digunakan sebagai elemen kontrol di sirkuit listrik superkonduktor.

Metamaterial adalah zat yang sifatnya ditentukan oleh susunan struktural atom. Setiap struktur adalah ratusan nanometer, dan memiliki seperangkat sifat yang menghilang ketika para ilmuwan mencoba untuk memisahkan material ke dalam komponennya. Struktur seperti ini disebut meta-atom (jangan dikelirukan dengan atom umum Tabel Periodik Mendeleev). Substansi yang terdiri dari atom-meta disebut meta-material.

Sampai saat ini, perbedaan lain antara atom dan atom-meta adalah bahwa sifat-sifat atom konvensional digambarkan oleh persamaan mekanika kuantum, sedangkan atom-meta digambarkan oleh persamaan fisika klasik. Namun, penciptaan qubit mengarah pada kesempatan untuk membangun metamaterial yang terdiri dari atom-meta yang keadaannya dapat dijelaskan secara mekanika kuantum. Namun, penelitian ini membutuhkan pembuatan qubit yang tidak biasa.

Sebuah tim ilmuwan internasional telah menciptakan apa yang disebut pertama "kembar" qubit, serta metamaterial pada dasarnya. Berkat sifat material baru yang luar biasa, dimungkinkan untuk membuat salah satu elemen kunci dalam perangkat elektronik superkonduktor.

Kirill Shulga, seorang peneliti di NUST MISIS Laboratory of Supererconducting Metamaterials dan penulis pertama proyek, mencatat bahwa qubit konvensional terdiri dari skema yang mencakup tiga persimpangan Josephson. Qubit kembar, bagaimanapun, terdiri dari lima persimpangan yang simetris ke sumbu pusat (lihat diagram).

"Qubit kembar seharusnya berfungsi sebagai sistem yang lebih kompleks daripada qubit superkonduktor konvensional. Logikanya di sini cukup sederhana: sistem yang lebih kompleks (artifisial kompleks), dengan sejumlah besar derajat kebebasan, memiliki sejumlah faktor yang lebih tinggi. dapat mempengaruhi propertinya. Ketika mengubah beberapa properti eksternal dari lingkungan di mana metamaterial kami berada, kami dapat mengubah dan menonaktifkan properti ini dengan memutar qubit kembar dari satu keadaan dengan properti tertentu ke yang lain dengan properti lain, "katanya.

Hal ini menjadi jelas selama percobaan, karena seluruh metamaterial yang terdiri dari qubit kembar dialihkan antara dua mode yang berbeda.

"Dalam salah satu mode, rantai qubit mentransmisikan radiasi elektronik dalam rentang gelombang mikro dengan sangat baik sambil tetap elemen kuantum. Dalam mode lain, ia mengubah fase superkonduktor sebesar 180 derajat dan mengunci transmisi gelombang elektromagnetik melalui dirinya sendiri. Namun masih tetap sistem kuantum. Jadi dengan bantuan medan magnet, material semacam itu dapat digunakan sebagai elemen kontrol dalam sistem untuk sinyal kuantum (foton terpisah) di sirkuit, dari mana komputer kuantum yang berkembang terdiri dari, "kata Ilya Besedin, seorang insinyur di Laboratorium NUST MISIS dari Metamaterial Superconducting.

Sulit untuk secara akurat menghitung properti dari satu qubit kembar pada komputer standar dibandingkan dengan sifat-sifat qubit standar. Adalah mungkin untuk mencapai batas kompleksitas, level yang mendekati atau melampaui kemampuan komputer elektronik modern, jika qubit menjadi beberapa kali lebih kompleks. Sistem yang kompleks seperti itu dapat digunakan sebagai simulator kuantum, yaitu perangkat yang dapat memprediksi atau menyimulasikan properti dari suatu proses atau materi nyata tertentu.

Sebagaimana dicatat oleh para peneliti, mereka harus memilah banyak teori untuk mendeskripsikan dengan benar proses yang terjadi pada meta-material kuantum. Artikel, "Transparansi yang diinduksi secara magnetis dari metamaterial kuantum yang terdiri dari qubit fluks kembar, " diterbitkan di Nature Communications.

menu
menu