Найден новый тип квазичастиц — он поможет создать материю из кубитов

В недавнем исследовании группа ученых из НИТУ «МИСиС» с коллегами экспериментально доказала, что из нового типа квазичастиц можно создать метаматериалы, необходимые для работы квантовых компьютеров.

Для работы квантовых компьютеров требуются сверхпроводящие кубиты. Но на компьютерные технологии следующего поколения сильно влияет декогеренция (процесс нарушения слияния), которая сокращает срок службы кубитов и приводит к вычислительным ошибкам. Кроме того, большие массивы кубитов очень сложно контролировать. Именно поэтому квантовые симуляторы из метаматериалов открывают уникальные возможности для исследования и разработки квантовых вычислений, поскольку они не нужны в больших количествах для управления электроникой.

Метод квантового симулятора предполагает создание искусственной материи из синтетических кубитов, подчиняющихся тем же основным законам, что и реальная материя. С другой стороны, ученые могут запрограммировать симулятор так, чтобы получить материю с новыми свойствами, которых никто никогда не видел в природе.

Массивы сверхпроводящих кубитов представляет связанные пары бозонов, также называемые дублонами, которые описываются моделью Бозе-Хаббарда и являются результатом сильной квантовой нелинейности. Топологическая физика дублонов широко исследовалась в ряде недавних теоретических работах, однако экспериментальные исследования топологических свойств связанных фотонных пар (дублонов) все еще отсутствуют. Теперь команда ученых использовала сверхпроводящий массив кубитов для разработки и создания квантового симулятора.

Регистрируя свойства кубитов, ученые могут судить о более широком классе систем физики, которые описываются одними и теми же уравнениями. И если контролируемо изменять отдельные параметры этих уравнений, то такое устройство можно будет считать специализированным симулятором. Это не приведет к точному совпадению с реальным квантовым компьютером, но его масштабирование потребует значительно меньше ресурсов.

В конечном итоге эксперимент показал, что дублоны также могут образовывать краевое состояние. Ученые смогли увидеть, как дублоны образуют эти зоны, и им даже удалось обнаружить, как на верхнем краю зоны дублонов появилось состояние реберного масштабирования, когда они увеличили длину массива. Таким образом ученые впервые смогли наблюдать, что среди цепочек кубитов может возникать новый вид квазичастиц. Это открытие значительно приблизило науку к созданию жизнеспособных квантовых вычислений.