Los científicos rusos han probado experimentalmente la existencia de un nuevo tipo de cuasipartícula:excitaciones previamente desconocidas de pares de fotones acoplados en cadenas de qubits. Este descubrimiento podría ser un paso hacia metamateriales cuánticos resistentes al desorden. El estudio fue publicado en Revisión física B .

Los qubits superconductores son una modalidad de qubit líder en la actualidad que la industria y la academia están buscando para aplicaciones de computación cuántica. Sin embargo, el rendimiento de las computadoras cuánticas se ve afectado en gran medida por la decoherencia que contribuye a la vida útil extremadamente corta de un qubit y provoca errores computacionales. Otro desafío importante es la baja capacidad de control de las matrices de qubit grandes.

Los simuladores cuánticos de metamateriales proporcionan un enfoque alternativo a la computación cuántica, ya que no requieren una gran cantidad de electrónica de control. La idea detrás de este enfoque es crear materia artificial a partir de qubits, cuya física obedecerá las mismas ecuaciones que para alguna materia real. En cambio, puede programar el simulador de tal manera que incorpore materia con propiedades que aún no se han descubierto en la naturaleza.

Las matrices de qubits superconductores generalmente se describen mediante el modelo de Bose-Hubbard. Una característica interesante del modelo de Bose-Hubbard es la aparición de pares de bosones ligados (dobles) causados ​​por la fuerte no linealidad cuántica. La física topológica de los dobles se ha explorado ampliamente en una serie de trabajos teóricos recientes. Sin embargo, aún falta la investigación experimental de las propiedades topológicas de los pares de fotones ligados.

Un grupo de científicos de NUST MISIS, Centro cuántico ruso, Universidad ITMO, Universidad Técnica Estatal Bauman de Moscú, El Instituto de Investigación de Automatización Dukhov (VNIIA) y el Instituto Ioffe utilizaron una serie de qubits superconductores para diseñar un simulador cuántico. Quantum utiliza el entrelazamiento y los comportamientos de muchas partículas para explorar y resolver problemas científicos Ingenieria, y problemas computacionales.

"Al registrar las propiedades de los qubits, podemos sacar conclusiones sobre una clase más amplia de sistemas físicos descritos por las mismas ecuaciones. Y si podemos cambiar los parámetros de estas ecuaciones de forma controlada, entonces dicho dispositivo puede considerarse un "simulador especializado". Por supuesto, su programabilidad no es la misma que la de una computadora cuántica, pero su escalamiento requiere muchos menos recursos, "explica el autor principal del estudio Ilya Besedin, Investigador junior del Laboratorio de Metamateriales Superconductores NUST MISIS.

Los científicos diseñaron una serie de qubits transmon superconductores con acoplamiento alterno. Debido a la alternancia de enlaces fuertes y débiles, En este sistema aparecen dos zonas y un estado de borde. Este estado se clasifica como topológico. Es más, el experimento muestra que los dobles también forman un estado de borde.

"Pudimos ver cómo los dobles forman estas zonas, e incluso logramos detectar cómo apareció un estado de doblez de borde en el borde superior de la zona de doblez a medida que aumentamos la longitud de la matriz, "señala Ilya Besedin.

Por lo tanto, los científicos pudieron demostrar por primera vez que un nuevo tipo de cuasipartículas —excitaciones topológicas de dobles— pueden surgir en cadenas de qubits.

"Actualmente se están realizando investigaciones sobre qubits superconductores y circuitos cuánticos en muchos países de todo el mundo, y la competencia en esta área está creciendo. Este estudio de 11 qubits muestra que Rusia ha alcanzado un alto nivel de desarrollo científico en el campo de la computación cuántica superconductora. "señala el profesor Alexey Ustinov, Jefe del Laboratorio de Metamateriales Superconductores en NUST MISIS y Jefe de Grupo en el Centro Cuántico Ruso, quien fue coautor del estudio.