Схема платформы из взаимодействующих микроволновых фотонов. Диссипативная стабилизация несжимаемых состояний многих тел. а, энтропия и поток частиц между инженерной средой и квантовой системой многих тел. Круги обозначают одночастичные состояния системы; занятые и пустые состояния показаны черным и белым соответственно, с серым цветом, указывающим на диссипативную депопуляцию. б — энергия, необходимая для введения дополнительных фотонов (∂E / ∂N) как функция количества фотонов (N) в системе. Фотоны непрерывно и необратимо добавляются в систему в узкой энергетической зоне (синего цвета), которая соединяет начальный вакуум с желаемым целевым состоянием (звезда) через промежуточные состояния (черная область). Этот процесс останавливается, когда система полностью заполнена с номером фотона N0 из-за наличия сжимаемой щели Δcomp, тем самым подготавливая и стабилизируя расщепленное (по энергии Δmb) состояние многих тел, в котором фотоны самоорганизуются в сильно коррелированную фазу, определяемую лежащим в основе гамильтонианом. Каналы с энергозависимыми потерями (красный) гарантируют, что все возбуждения в состояния с более высокой энергией (серая область) являются короткими. Фото: (с)Природа (2019). DOI: 10.1038 / s41586-019-0897-9

Команда исследователей из Чикагского университета разработала платформу для исследования квантовой материи, состоящей из сильно взаимодействующих микроволновых фотонов. В своей статье, опубликованной в журнале Nature , группа рассказывает о своей платформе и о том, как ее можно использовать.

В рамках усилий по созданию полезного квантового компьютера ученые исследовали сверхпроводящие схемы, которые являются управляемыми, имеют длительное время когерентности и имеют сильные взаимодействия — характеристики, необходимые при изучении квантовых материалов с помощью микроволновых фотонов. Исследователи также отмечают, что потери фотонов в таких цепях (диссипация) могут сдерживать образование фаз многих тел. Чтобы решить эту проблему, они разработали универсальную платформу для обработки многих фаз с помощью разработки резервуара, в результате чего изолятор Мотта уменьшил потери.

Схема включает в себя воображение крошечного места, называемого трансмоном, и рассмотрение того, как в нем может находиться один фотон. В таком сценарии, когда трансмон пуст, добавить фотон путем проталкивания электрическим полем, генерируемым микроволновым излучением, очень просто, но это также может удалить любой фотон, который уже размещен. Вместо этого исследователи предлагают добавить резервуар и протолкнуть фотоны в трансмон в виде пар — любой дополнительный фотон будет естественным образом перемещаться в резервуар. В случае, если в трансмоне уже есть фотон, он останется на месте, а не переместится в резервуар. Затем исследователи представили, как расширить схему, добавив больше трансмонов для формирования цепочки. Добавленный фотон пробивался вниз по цепочке, и если ни одно из мест не было пустым, он попадал в резервуар. В конце концов,

Исследователи отмечают, что такая схема будет гибкой и, следовательно, может быть применена к системам с различными формами, размерами и связями. Они также отмечают, что эта схема может быть использована для подготовки любой пробелы фазы материи. Они отмечают, что для того, чтобы такая схема была практичной, по-прежнему необходимы два новых достижения: способ расширить ее до более крупной системы и средства повышения качества подготовки.

По материалам phys.org