Впервые показан эффект квантового смешивания волн на искусственном атоме

Российские исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ) совместно с британскими коллегами из университета Роял Холлоуэй впервые продемонстрировали эффект, называемый квантовым смешиванием волн на искусственном атоме.

В экспериментах применялась сверхпроводящая квантовая система, физически эквивалентная одиночному атому. Такая система при охлаждении до сверхнизких температур способна испускать и поглощать отдельные кванты микроволнового излучения точно так же, как атомы взаимодействуют с квантами обычного света.

Искусственные атомы активно используются в исследованиях по квантовой оптике. Благодаря таким системам физики могут изучать процессы, которые сложно наблюдать в иных случаях — например, испускание и поглощение нескольких фотонов. Если настоящий атом в зеркальной полости излучает свет в произвольном направлении, то сверхпроводящая система, напротив, светит в заданную сторону. Эта особенность позволила группе физиков зафиксировать процессы рассеяния нескольких квантов света на искусственном атоме — смешивание волн.

«При наблюдении за указанной системой учёные увидели на выходе как исходное излучение, так и электромагнитные волны, получившиеся в результате взаимодействия с искусственным атомом, частоты которых зависели от характера возбуждения системы. Это указывало на квантовое смешивание волн — эффект, наблюдать который ранее на подобных системах не удавалось», — говорится в сообщении МФТИ.

Предполагается, что результаты исследований будут востребованы в том числе при разработке квантовых компьютеров. Дело в том, что изучаемый искусственный атом является кубитом, базовым блоком квантовых вычислительных систем. Элементы классических компьютеров могут хранить только один бит — 1 или 0. Кубиты же находятся в суперпозиции двух состояний, то есть могут кодировать сразу логические единицу и ноль. С ростом количества использующихся квантовых битов число обрабатываемых одновременно значений увеличивается в геометрической прогрессии, что позволяет создавать сверхпроизводительные компьютеры.