Датчики сверхслабых магнитных полей, крупнейший искусственный атом, квантовые компьютеры — это области применения открытий, за которые присуждена Нобелевская премия по физике Джону Кларку, Майклу Деворе и Джону Мартинису. Об этом RTVI рассказал профессор физического факультета МГУ Алексей Рубцов, руководитель научной группы Российского квантового центра.
Работы, за которые присуждена Нобелевская премия по физике, берут свое начало с опытов Джона Кларка, который первый начал делать сквиды — высокочувствительные датчики магнитного поля, рассказал Рубцов. Сквиды представляют собой сверхпроводящее колечко, через которое пропускают ток, и в котором есть два туннельных барьера (джозефсоновских контакта).
Датчик работает на принципе двухплечевого интерферометра, где электроны пролетают или через один контакт, или через другой, собираются вместе, и интерферируют «конструктивно» или «деструктивно» в зависимости от того, какой поток магнитного поля через кольцо проходит. Датчики требуют криогенных температур и позволяют измерять сверхслабые магнитные поля.
«Нобелевский комитет отметил, что это макроскопические устройства размером гораздо-гораздо больше атомных размеров. Электронов там очень много, тем не менее они показывают квантовые свойства, квантовую интерференцию, зависящую от магнитного поля, — пояснил Рубцов. — Все эти трое ученых работали с вот такого рода системами — колечками с джозефсонскими контактами».
По словам Рубцова, позднее выяснилось, что сверхпроводящее колечко с туннельными контактами ведет себя как кубит, то есть как квантовая двухуровневая система, способная хранить в себе квантовую информацию.
«Мартинис приезжал в Россию в 2017 году на конференцию, которую проводил Российский квантовый центр. Он тогда работал в Google и был первым, кто сделал квантовый компьютер на сверхпроводящих кубитах», — рассказал Рубцов.
По словам эксперта, датчики сверхслабых магнитных полей описанной конструкции нашли широкое применение, в том числе в медицине.
«Если вы хотите узнать, что происходит внутри человека, какая нервная активность, вы должны мерить или электрические токи, или магнитные поля. Во-вторых, это в некотором смысле самый большой искусственный атом — так любят называть системы с квантованием, которые созданы вручную. Это всякие наноструктуры, за которые тоже Нобелевскую премию давали, квантовые точки и прочее. Ведь почему большие системы не показывают квантовых свойств? Потому что они шумные, они взаимодействуют с окружающим миром. А конкретно у этих сверхпроводящих колечек с туннельными контактами это взаимодействие по ряду причин подавлено, — отметил Рубцов. — Плюс, они применяются в квантовых компьютерах на основе сверхпроводников, которые сейчас разрабатывают».
Павел Котляр