eng
Просмотры: 4518
02.11.2016
Международная группа ученых, включающая руководителя лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ Олега Астафьева, использовала сверхпроводящий кубит в качестве однофотонного источника СВЧ-излучения.
Такой источник может перестраивать частоту излучения и обладает высокой эффективностью. Разработка имеет большой потенциал для применения в квантовых компьютерах, а также в изучении взаимодействия между светом и веществом.
Однофотонные источники являются важным компонентом квантовых вычислительных систем. Такие излучатели включают микрорезонатор, геометрия которого определяет длину волны излучаемого фотона. Группа ученых из Лондонского университета (Великобритания), Института физико-химических исследований RIKEN (Япония), Национальной физической лаборатории NPL (Великобритания) и МФТИ (Россия) разработала однофотонный источник с перенастраиваемым резонатором.
Чтобы создать направленное излучение, ученые использовали искусственный атом – кубит, построенный из нескольких джозефсоновских контактов. Джозефсоновский контакт (туннельный барьер для куперовских пар – переносчиков заряда в сверхпроводимости) состоит из двух сверхпроводников, разделенных тонким слоем диэлектрика. Куперовские пары могут туннелировать через тонкий слой диэлектрика, переводя кубит из возбужденного в основное состояние и обратно. Для обеспечения сверхпроводимости, а также правильного функционирования прибора его рабочая температура должна быть близка к абсолютному нулю.
Кубит в источнике излучения располагается на стыке двух изолированных друг от друга волноводов, по которым могут распространяться электромагнитные волны. Между кубитом и обеими линиями создаются два конденсатора, благодаря чему кубит оказывается подключенным к линиям через электрическую емкость. Управляющий сигнал переводит кубит в возбужденное состояние, после чего он испускает фотон, который по линии излучения может быть доставлен к последующим элементам схемы.
Разница энергий возбужденного и основного состояний кубита, а значит и частота (длина волны) излучаемого фотона, зависят от управляющего магнитного поля. Изменение внешнего поля (образец помещается в катушку) позволяет регулировать частоту излучения в диапазоне 7,75–10,5 ГГц. Максимально возможная эффективность, вероятность испустить фотон в линию излучения определяется емкостями, которые осуществляют связь между линиями передач и кубитом. За счет правильного подбора соотношения емкостей эффективность подобного источника теоретически может достигать 99,99%. В реальности же на эффективность влияют и другие факторы, например, поглощение фотона в диэлектрике (безызлучательная релаксация). В опытном образце эффективность составила более 65% на всем диапазоне частот, что уже является рекордной величиной.
Комментарии читателей
