МОСКВА, 15 сентября. /ТАСС/. Физики из России разработали уникальную архитектуру сверхпроводникового квантового симулятора, который позволит ученым детально изучать большое число квантовых многочастичных явлений, недоступных в прошлом для экспериментальных исследований. Об этом ТАСС сообщила пресс-служба МФТИ.
"В долгосрочной перспективе масштабирование таких квантовых симуляторов на основе сверхпроводящих цепей позволит предсказывать свойства сложных материалов, а также находить ответ на фундаментальные вопросы современной физики: например, как квантовое поведение на микроуровне переходит к классическому в повседневной жизни", - пояснил ведущий научный сотрудник МФТИ Глеб Федоров, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Разработанный специалистами квантовый симулятор предназначен для изучения так называемых топологических состояний - особых квантовых состояний материи, в которых ее свойства определяются не только отдельными элементами, но и расположением и связями между множеством квантовых частиц. Эта особенность топологических состояний делает их стойкими к случайным помехам, которые обычно разрушают квантовые состояния.
Природные материалы крайне сложно использовать для изучения и поиска подобных состояний, что побуждает ученых создавать различные квантовые симуляторы, имитирующие их структуру при помощи метаатомов, рукотворных аналогов атомов. Российские ученые впервые предложили использовать для этих целей поляризационные трансмоны - искусственные атомы, образованные четырьмя сверхпроводниковыми островками, соединенными джозефсоновскими переходами.
Проведенные исследователями из МФТИ и Института радиотехники и электроники РАН расчеты показали, что цепочку из трансмонов, расположенных в виде зигзага, можно использовать для экспериментального изучения сложных топологических состояний, которые описываются так называемой орбитальной моделью Су-Шриффера-Хигера. В прошлом, физики уже пытались воспроизводить подобные состояния в рамках опытов с акустическими резонаторами и различными наночастицами, однако им не удавалось повторить все их квантовые свойства.
Реализуемость предложенной архитектуры ученые успешно проверили с помощью трехмерного электромагнитного моделирования в классическом линейном режиме. По словам физиков, предложенная ими идея формирует теоретическую и инженерную основу для будущего эксперимента и открывает путь к исследованию топологических квантовых систем с несколькими орбиталями, многочастичных явлений и топологических материалов. Последние могут стать основой для множества новых квантовых устройств и компонентов электроники.