Физики предложили кодировать кубиты котами Шредингера
19.08.2020 4 131 0 +119 cemero4kaa

Физики предложили кодировать кубиты котами Шредингера

---
+119
В закладки
Физики предложили кодировать кубиты котами Шредингера состояния, Шредингера, состояний, Devoret, котов, Nature, ученые, квантовых, можно, «улитки», схема, точках, делать, разными, кубита, Блоха, квантовые, системе, собой, представляет

M. H. Devoret et al./ Nature, 2020

Физики создали устойчивые к потерям кубиты на основе котов Шредингера. Они использовали сверхпроводниковую реализацию состояний для

демонстрации их возможного применения. Статья опубликована в Nature Physics.

Квантовое состояние «кот Шредингера» (cat state) представляет собой суперпозицию когерентных (максимально близких к классическим) состояний с противоположными

фазами. Такие состояния хороши тем, что они устойчивы к потерям между

удаленными модами, поэтому их можно создавать в любых средах и с большими

амплитудами. Тем не менее, при работе с котами Шредингера (стоит отметить, что в оригинале это все таки была кошка, а не кот) возникают другие

сложности — необходимо делать их стабильными, а квантовые операции над ними должны проводиться очень быстро.

Группа ученых под руководством Мишеля Девoре (Michel Devoret) из Йельского университета предложила

использовать эти состояния для кодирования кубитов и показала их возможности с

помощью сверхпроводникового микроволнового резонатора.

Физики предложили кодировать кубиты котами Шредингера состояния, Шредингера, состояний, Devoret, котов, Nature, ученые, квантовых, можно, «улитки», схема, точках, делать, разными, кубита, Блоха, квантовые, системе, собой, представляет

Сфера Блоха для (a) состояний кошек Шредингера, (b) фоковских состояний, (c) распределение энергии в фазовом пространстве для (a) и (b), (d) фотография экспериментальной схемы, (e) схема «улитки», (f) фотография «улитки» с четырьмя Джозефсоновскими переходами

M. H. Devoret et al./ Nature, 2020

Состояния кубита удобнее всего изображать на сфере

Блоха, где каждая точка соответствует определенному состоянию. Аналогично

привычному фоковскому базису, когда используется 0 и 1 для описания состояния,

на сфере Блоха можно изобразить и состояния котов Шредингера. Тогда в крайних точках оси Х будут

располагаться когерентные состояния с разными фазами, а в противоположных

точках оси Z —

суперпозиции этих состояний с разными знаками. За сдвиг фазы между двумя

когерентными состояниям в суперпозиции отвечает ось Y. Самый распространенный вид шума в квантовой системе —

потеря фотона — никак не влияет на состояния в крайних точках оси X, но может

приводить к перевороту суперпозиционных состояний по оси Z.

Экспериментальная установка представляет собой сверхпроводниковую

схему, которую поместили в микроволновый 3D-резонатор. В отличие от стандартных схем,

для своего эксперимента ученые использовали сверхпроводниковый нелинейный асимметрический

элемент (SNAIL) похожий на улитку. Конфигурация установки позволяет управлять током в «улитке» и «сжимать»

состояния кубита при приложении внешнего поля. Такая система имеет два стабильных состояния, которыми

можно управлять с помощью «сжатия» и в пределе получать просто ангармонический

осциллятор (его как раз используют для «фоковских кубитов»).

Авторы исследовали влияние сжатости состояния на частоту

осцилляций Раби в системе. Они показали, что при больших амплитудах сжатия,

частота Раби начинает линейно зависеть от корня из амплитуды. Как и ожидалось, при

фиксированном сжатии состояния осцилляции имеют период π.

Физики предложили кодировать кубиты котами Шредингера состояния, Шредингера, состояний, Devoret, котов, Nature, ученые, квантовых, можно, «улитки», схема, точках, делать, разными, кубита, Блоха, квантовые, системе, собой, представляет

(a) последовательности импульсов в эксперименте, (b) зависимость частоты Раби от сжатия состояния, (c) частота Раби при разных фазах и временах, (d) срезы графика (c)

M. H. Devoret et al./ Nature, 2020

Чтобы показать возможность использования предложенной

схемы в квантовых вычислениях, ученые реализовали простейшие квантовые операции

на котах Шредингера. Для этого они меняли начальные состояния системы, пропускали

состояние через неизвестный квантовый вентиль и измеряли получившиеся состояние. Благодаря

таким измерениям можно определить, какому преобразованию подвергалась система. Величина, которая показывает, насколько экспериментальные данные совпадают с их теоретическим описанием называется степенью совпадения (fidelity). Оказалось,

что для набора однокубитных вентилей она составляет порядка 85 процентов. Авторы

предполагают, что большой вклад в различие между экспериментом и теорией вносят

ошибки при приготовлении и измерении состояния, с которыми они планируют

бороться в дальнейшем.

Помимо того, что предложенная схема позволяет реализовать

устойчивый к шумам квантовый вычислитель и может быть полезной во многих

областях квантовых технологий, она важна и с теоретической точки зрения в

исследовании фундаментальных квантовых эффектов в других системах.

Кроме сверхпроводников основой для создания и исследования котов Шредингера могут быть, например, оптические фотоны. Так, китайские ученые из Университета науки и

технологий создали кота Шредингера из десяти фотонов. А

российские физики научились делать котов «упитаннее».

Оксана Борзенкова
уникальные шаблоны и модули для dle
Комментарии (0)
Добавить комментарий
Прокомментировать
[related-news]
{related-news}
[/related-news]