Un grup internațional de cercetători ruși și germani a făcut un progres în crearea de materiale cu proprietăți care nu pot fi atinse în natură. Oamenii de știință de la Universitatea Națională de Tehnologie de Cercetare „MISIS”, Universitatea Karlsruhe (Germania) și Institutul Jena de Tehnologii Fotonice (Germania), sub conducerea laboratorului „Superconductor Metamaterials” al profesorului NUST „MISIS”, Alexei Ustinov, au creat primele așa-zise „oglindă” din lume, precum și metamaterial bazat pe ele. Este primul metamaterial cuantic din lume care poate fi utilizat ca element de control în circuitele electrice supraconductoare. Rezultatele lucrării au fost publicate în revista „Nature Communications”.
Metamaterialele sunt substanțe, ale căror proprietăți sunt determinate nu atât de atomii din care sunt compuși, ci de structurile în care acești înșiși sunt montați. Fiecare astfel de structură (ele sunt numite „meta-atom”) are dimensiuni de zeci sau chiar sute de nanometri și are propriul său set de proprietăți care dispar atunci când încercați să îl separați în componentele sale.
Până de curând, una dintre diferențele fundamentale dintre atomi și meta-atomi a fost că proprietățile atomilor obișnuiți au fost descrise de ecuațiile mecanicii cuantice, și meta-atomi - de ecuațiile fizice clasice.
Crearea de qubits (cele mai mici elemente pentru stocarea informațiilor într-un computer cuantic) a dus la potențialul de a construi un material format din meta-atomi, a căror stare este descrisă numai cuantică mecanic. Adevărat, o astfel de lucrare a necesitat crearea de cabluri speciale.
"Un qubit obișnuit este format dintr-un circuit care include trei joncțiuni Josephson", explică Kirill Shulga, un cercetător la Superconductoring Metamaterials Laboratory din NUST MISIS. - Iar compoziția oglinzii include cinci tranziții, simetrice în jurul axei centrale. Gama de oglinzi a fost concepută de noi ca un sistem mai complex decât qubiturile superconductoare obișnuite. Logica de aici este simplă: un sistem artificial complicat cu un număr mare de grade de libertate are un număr mai mare de factori care pot afecta proprietățile sale. Modificând câțiva parametri externi ai mediului în care se află metamaterialul nostru, putem activa și dezactiva aceste proprietăți, transferand qubit-ul oglinzii de la o stare de sol cu unele proprietăți la alta."
Pe parcursul experimentului, s-a dovedit că tot metamaterialul format din picături de oglindă poate comuta între două moduri. Într-unul dintre regimuri, un lanț de astfel de cvb transmite foarte bine radiații electromagnetice în domeniul microundelor, rămânând totuși un element cuantic. În altul, rotește faza supraconductoare la 180 de grade și blochează trecerea undelor electromagnetice prin el însuși. Este important ca, în același timp, să rămână un sistem cuantic.
Micrografie a unui lanț de picături de oglindă. În partea de jos, rezoluția este de 20 microni pe cm, în partea superioară, 5 microni pe cm. Cerculele indică joncțiunile Josephson incluse într-un singur tip de oglindă / NUST MISIS Press Service.
„Se dovedește că, cu ajutorul unui câmp magnetic, un astfel de material poate fi utilizat ca element de control în sistemele de transmitere a semnalelor cuantice (fotoni individuali) în circuitele care alcătuiesc computerele cuantice în curs de dezvoltare”, comentează Ilya Besedin, inginer la Laboratorul de metamateriale superconductoare la NUST MISIS … "Acesta este unul dintre elementele cheie ale dispozitivelor electronice supraconductoare."
Video promotional:
Este mai dificil să calculați cu exactitate proprietățile unui qubit oglindă pe un computer obișnuit decât pe un qubit obișnuit. Prin complicarea unui astfel de qubit de mai multe ori, este posibil să se ajungă la o limită de complexitate care este deja apropiată sau care depășește capacitățile computerelor electronice moderne. Un astfel de sistem complex poate fi utilizat ca un simulator cuantic, adică un dispozitiv capabil să prezice și să simuleze proprietățile unui anumit proces sau material real.
Autorii studiului au trebuit să rezolve multe teorii pentru a descrie corect procesele care au loc în materialul cuantic. Rezultatul acestor reflecții a fost articolul „Transparența indusă magnetică a unui metamaterial cuantic compus din bituri cu flux dublu”, publicat în prestigioasa revistă „Nature Communications”.
