Материалы портала «Научная Россия»

0 комментариев 823

Ученые предсказали аналог квантового эффекта Холла для света

Ученые предсказали аналог квантового эффекта Холла для света
Российские ученые предсказали фотонный аналог квантового эффекта Холла. Это может открыть новые возможности для создания квантовой памяти

Раньше его наблюдали только в сложных полупроводниковых структурах с внешним магнитным полем. Группа ученых Университета ИТМО и Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе предсказала фотонный аналог квантового эффекта Холла в гораздо более простой системе - цепочке частиц в волноводе. Это может открыть новые возможности для создания квантовой памяти и квантовых симуляторов. Статья опубликована в журнале NPJ Quantum Information.

Раньше подобное поведение удавалось обнаружить только в очень сложных системах, при низких температурах, внешнем магнитном поле или периодической перестройке параметров структуры. В данном случае ученые смогли теоретически предсказать подобный эффект для двух фотонов, перемещающихся в цепочке из сверхпроводящих кубитов — квантовых аналогов битов в компьютерной памяти.

Из кубитов можно собрать цепочку, в которой один кубит способен передавать информацию соседним. Ученые рассмотрели такую цепочку, размещенную внутрь волновода, по которому могут распространяться кванты электромагнитного излучения — фотоны. При взаимодействии с кубитом фотон образует поляритон — частицу, которая ведет себя отчасти как свет, отчасти как материя. В последнем случае фотон внутри кубита преобразовывается в электрические токи, после чего кубит излучает их обратно в окружающее пространство — снова в виде фотона. В этот момент поляритон перемещается дальше по цепочке, перескакивая в другие кубиты, при этом не только на соседние. Хотя поведение фотонов в такой системе никак не связано с электрическим током, оно описывается сходными с квантовым эффектом Холла уравнениями.

«Мы добавляем волновод, который связывает все кубиты со всеми, — это как телефонная линия между всеми домами в деревне. При этом мы еще учитываем, что в системе каждый кубит может поглотить один фотон, но не может поглотить два фотона сразу. Такое явление называется фотонной блокадой. Условно, если в каком-то доме сняли трубку, отвечая на звонок, то второй звонок одновременно уже не поступит  номер занят. Однако можно позвонить в любой другой дом», — объясняет аспирант Университета ИТМО Никита Олехно.

Двухфотонные системы используются в квантовых вычислениях, при передаче данных с квантовым шифрованием, а также для проведения сверхточных измерений. Их  применение основано на принципе квантовой запутанности, когда два фотона оказываются связанными между собой. В результате, если измерить состояние одного из них, можно сразу получить информацию и о состоянии второго. Это необычное явление как раз и позволяет реализовывать квантовые симуляторы и квантовые компьютеры, делать системы криптографии и разрабатывать высокоточные установки для метрологии. Исследование поможет физикам и инженерам лучше понять  поведение многофотонных квантовых систем и продвинуться на шаг ближе к практической реализации устройств для обработки квантовой информации.

 

Информация предоставлена пресс-службой Университета ИТМО

Источник фото: https://news.itmo.ru/ru/science/photonics/news/9108/

Университет ИТМО квантовый эффект Холла кубит поляритон фотоны

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.