Физика

Физики открыли новый способ управления квантовыми состояниями

Alfred Pasieka/Science Photo Library/Getty Images/Microsoft Quantum Team/Indicator.Ru

Ученые из Эймсской и Брукхейвенской национальных лабораторий вместе с коллегами из Алабамского университета обнаружили механизм управления квантовыми состояниями в полуметалле Дирака. Открытие позволит создавать топологические транзисторы и квантовые вычислительные устройства. Посвященная исследованию статья опубликована в журнале Physical Review X.

Сегодня масштабирование вычислительных мощностей сталкивается с огромными проблемами с точки зрения сложности, энергопотребления и скорости операций. Полвека назад современные транзисторы и фотодиоды заменили вакуумные трубки, и теперь исследователи ждут такого же качественного скачка в этой области.

«Топологическая инженерия стремится преодолеть все проблемы современных вычислительных систем. Она использует новые степени свободы, чтобы управлять движением электронов и атомов, и производить вычисления с тактовой частотой терагерцового диапазона, — говорит один из исследователей, старший научный сотрудник Эймсской лаборатории и профессор физики в Университете штата Айова Джиганг Ван. — Этот новый принцип управления вычислительными устройствами сильно отличается от других подобных методов, таких как электрические, магнитные и деформационные поля, которые обладают более низкой скоростью операций и высокими потерями энергии».

Квантовые вычислительные системы в последнее время стали очень перспективными, но они сталкиваются с рядом проблем, одна из которых — восприимчивость к шуму из окружающей среды. Один из подходов для решения этой проблемы заключается в разработке топологических квантовых устройств, в которых кубиты созданы на основе защищенных симметрией квазичастиц, невосприимчивых к шуму. Однако для использования таких частиц в качестве кубитов необходимо научиться их контролировать, чего пока сделать не удается.

В новой работе физики продемонстрировали возможность управления квантовыми состояниями в полуметалле Дирака — экзотическом материале с особым поведением электронов — с помощью импульсов света. Этого удалось достичь с помощью модоселективных колебаний когерентных рамановских фононов. Эти колебания индуцируют переходы между электронными состояниями в материале и позволяют управлять процессами внутри него. Авторы работы показали, что их принцип применим к широкому диапазону топологических фаз и квантовых фазовых переходов.

«Наша работа открывает новую область топологической электроники световых волн и фазовых переходов, которые управляются с помощью когерентных колебаний, — говорит Цян Ли, руководитель группы передовых энергетических материалов Брукхейвенской национальной лаборатории. — Это будет полезно при разработке будущих стратегий квантовых вычислений и электроники, обладающих высокой скоростью вычислений и низким энергопотреблением».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.