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 2457 1 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 1006 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 1599 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 6015 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 1790 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 6090 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 1271 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 1769 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 1148 0 Научные открытия
1
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 1933 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 2281 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 2371 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 1431 0 Научные открытия
0
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 1634 0 Научные открытия
0
Японские физики-ядерщики нашли магическое число
Японские ученые утверждают, что нашли новое так званое «магическое число» — ключ к определению, когда ядро атома становиться стабильным. В ядерной физике магические числа — ряд натуральных чётных чисел, соответствующих количеству нуклонов в атомном ядре, при котором ..
2013-10-16 2473 3 Научные открытия
2