Физики нашли у кубита свойства тепловой машины

Физики нашли у кубита свойства тепловой машины

Кубиты, созданные на основе джозефсоновского контакта, можно рассматривать как квантовые тепловые машины. Ученые из Бразилии смогли показать, что такой подход позволяет управлять динамикой образования и нарушения когерентных связей между элементами квантово-компьютерной цепи. Работа опубликована в Physical Review Letters.

Квантовые компьютеры используют в своей работе многие необычные свойства квантового мира, такие как запутанность, туннелирование или суперпозицию состояний. Единичным элементом квантового компьютера является кубит, представляющий собой или зафиксированный в ионной ловушке ион, или кольцо из сверпроводника с джозефсоновским контактом, ток по которому может течь в одном из двух противоположных направлений. Согласно принципу Ландауэра, в любой вычислительной системе при стирании информации выделяется тепло. Поэтому и квантово-вычислительные системы могут рассматриваться как тепловые машины, в которых происходят процессы обмена энергии и изменения энтропии. Однако непонятно, от чего зависит КПД такой тепловой машины, и чем определяются ее тепловые потери.

В своей работе физики из Бразилии исследовали энергетические изменения, происходящие при циклических процессах в простейшей квантово-вычислительной цепи из двух сверхпроводниковых кубитов. Моделью такой цепи является система из двух квантовых ям, между которыми возможно туннелирование. Ученые предложили рассмотреть систему как тепловую машину, в которой рабочим телом является идеальный квантовый газ, а рабочий объем ограничивается стенками квантовой ямы. Управлять энергией такой системы можно с помощью изменения ширины одной из квантовых ям. Этот процесс аналогичен совершению работы при изменения рабочего объема тепловой машины.

Отдельно физики изучили динамику изменения когерентности между двумя квантовыми частицами в неадиабатичесих условиях. Для этого они рассмотрели систему, в которой к основному периодическому колебанию стенки квантовой ямы, которое запускает работу «квантовой тепловой машины», был добавлен классический гауссовский шум. Оказалось, что это действительно приводит к экспоненциальному затуханию амплитуды когерентности, которая через 80 циклов работы не превышает уровень шума.

По словам ученых, приведенные ими оценки для энергетических потерь в процессе работы квантово-вычислительной цепи помогут создать системы для управления процессами образования и нарушения когерентной связи между квантовыми элементами. Это может оказаться важно, например, для молекулярных машин, в которых квантовая когерентность может повысить эффективность работы, как это происходит, например, в биологических системах, осуществляющих фотосинтез.

Термодинамика определяет работу и других квантовых систем, работа которых основана на использовании кубитов, например, именно термодинамические принципы приводят к ограничению точности работы квантовых часов.

Александр Дубов

N+1

Похожие новости:
Физики нашли бозон Хиггса
Физики установили факт существования бозона Хиггса - недостающего элемента в цепочке объяснения мироздания, сообщает РИА Новости. По данным агентства, в блогах ученых об этом говорится как о свершившемся факте, участник исследований, сотрудник НИИ ядерной физики МГУ Эдуард Боос сказал, что после ..
2012-06-19 2776 2 Научные открытия
1
Открыто новое дважды магическое ядро кальция
Ученые из ЦЕРНа показали, что теоретическая ядерная физика не описывает наблюдаемые в эксперименте свойства изотопов химических элементов и доказали существование нового дважды магического ядра кальция. Результаты исследований авторы опубликовали в журнале Nature Physics, а кратко о них сообщается на сайте ..
2016-02-10 1291 0 Научные открытия
-1
Физики описали испарение черной дыры в нульмерные объекты
Физики-теоретики из США и Японии в рамках теории суперструн типа IIA качественно описали испарение крупной холодной черной дыры. Посвященный исследованию препринт авторы опубликовали на сайте arXiv.org.В использованном учеными микроскопическом подходе холодная черная дыра испаряется в свободно распространяющиеся ..
2016-03-20 1928 0 Научные открытия
1
Физики увидели предсказанные в 1929 году безмассовые фермионы
Физики сообщили об экспериментальном открытии так называемых фермионов Германа Вейля. Их существование было теоретически предсказано немецким физиком в 1929 году, а квазичастицы ученые обнаружили в ходе экспериментов с кристаллами. Результаты своих исследований ученые опубликовали в журнале Science. Вейлевские квазичастицы ..
2015-07-18 6271 0 Научные открытия
0
Графит заподозрили в сверхпроводимости при комнатной температуре
Физики обнаружили, что обработанный водой порошковый графит при комнатной температуре обладает некоторыми свойствами, характерными для сверхпроводников. Работа ученых опубликованав журнале Applied Materials(препринт), а ее краткое содержание приводит блог издания Technology Review. Необычные электрические свойства у графита удалось ..
2012-09-13 2120 0 Научные открытия
0
Cуперкомпьютер «Ломоносов» помог объяснить укладку ДНК по принципу спагетти
Ученые из Московского государственного университета (МГУ) при помощи суперкомпьютера нашли возможное объяснение укладки ДНК по принципу спагетти. Как сообщается в пресс-релизе, поступившем в редакцию «Ленты.ру», результаты исследований опубликованы в журнале Physical Review Letters. Ученые пришли к выводу, что молекула ДНК в ядре клетки ..
2015-05-26 6336 0 Научные открытия
1
Физики построили квантовый компьютер в алмазе
Новое устройство содержит всего два кубита, но зато демонстрирует хорошую устойчивость. При этом кристалл работает при комнатной температуре. Последняя деталь будет очень важна, если исследователи когда-нибудь попытаются сделать квантовые компьютеры по-настоящему массовыми.  Физики из Нидерландов и США создали ..
2015-10-11 1522 0 Научные открытия
1
Ученые нашли самый прочный в мире материал
Ученые из Гельмгольца (Берлин, Германия) (HZB) обнаружили, что графен сохраняет свои замечательные электропроводящие свойства даже когда он находится в тесном контакте с такими материалами, как стекло и кремний. Это может стать ключевым открытием для разработки более эффективных тонкопленочных солнечных ..
2013-10-12 2010 0 Научные открытия
0
Физики придумали первый танцующий кристалл
Физики-теоретики из Канады и США спрогнозировали существование кристалла, элементы которого находятся в непрерывном движении. Последнее обусловливает их свойства симметрии, получившие название хореографического порядка. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters, а кратко о них сообщает Physics.Обычные ..
2016-01-12 1409 0 Научные открытия
1
Загадочному физическому явлению нашли объяснение
Физики из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC выяснили механизм работы аномального сверхпроводника титаната стронция, который способен проводить электричество без сопротивления несмотря на то, что не является металлом. Об этом сообщает издание Science Alert.Титанат стронция — это оксид, однако ..
2018-03-27 4494 0 Научные открытия
0
Шведские физики изучили свойства нового 115-го элемента
Шведские физики смогли получить новый элемент произведя бомбардирование мишени америция с 95-ю протонами атомами кальция с 20-ю протонами. В результате такого столкновения ученые зафиксировали рождение ядер сверхтяжелого 115-го элемента. Новый элемент таблицы Менделеева ..
2013-08-28 2215 0 Научные открытия
0
У света обнаружили необычные свойства
Японские, украинские, американские и корейские ученые открыли новые необычные свойства света. Авторы опубликовали исследование в журнале Nature Communications, кратко с ним можно ознакомиться на сайте RIKEN, крупного японского Института физико-химических исследований. Исследуя динамические характеристики эванесцентной волны, ..
2014-04-28 2678 0 Научные открытия
0
Биологи МГУ увидели причину старения клеток в тепловом шоке
Испытываемый клетками кратковременный тепловой стресс приводит к их старению. К такому выводы пришли российские ученые, авторы статей в журналах Nucleic Acids Research и Cell Cycle. Коротко об исследованиях сообщается в пресс-релизе, поступившем в редакцию «Ленты.ру».Тепловой шок — один из наиболее изученных ..
2016-03-23 2719 0 Научные открытия
1
Физическую «проблему тысячелетия» посчитали неразрешимой
Физики из Великобритании, Испании и Германии посчитали одну из «проблем тысячелетия» (связанную с физикой элементарных частиц) неразрешимой. Результаты своих исследований Тоби Кубитт, Дэвид Гарсия Перес и Майкл Вольф опубликовали в журнале Nature, а кратко о них сообщает Nature News.В ..
2015-12-12 1742 0 Научные открытия
-1
Ученые три года сталкивали протоны, чтобы получить "частицу Бога"
Специалисты Европейского центра ядерных исследований наконец-то приблизились к ответу на вопрос: почему вся материя во Вселенной, в том числе и мы с вами, обладает массой. Бозон Хиггса, который называют еще "частицей Бога", найден. Какую практическую пользу человечеству принесет открытие, пока ..
2012-07-4 1867 0 Научные открытия
0