Квантовый эффект Зенона помог контролировать состояния кубитов

Квантовый эффект Зенона помог контролировать состояния кубитов

Группа американских ученых экспериментально показала, что с помощью квантового эффекта Зенона можно контролировать состояние трансмонных кубитов, медленно изменяя фазу оператора наблюдения. Статья опубликована в Physical Review Letters.

Когда наблюдатель измеряет свойства квантовой системы, он неизбежно взаимодействует с ней, что приводит к разрушению ее квантового состояния. Вообще говоря, после измерения система вовсе не обязана находиться в том же состоянии, что и до него. Известным примером этого свойства квантовых систем является кот Шрёдингера, который после измерения (открытия коробки) переходит либо в состояние «жив», либо в состояние «мертв», хотя изначально он находился в суперпозиции обоих состояний. Конечно, иногда изменением системы можно пренебречь, но в целом этот факт всегда нужно держать в уме.

Интересным проявлением этого свойства квантового мира является квантовый эффект Зенона. Заключается эффект в том, что чем чаще мы измеряем состояние квантовой системы, тем дольше оказывается время ее жизни — получается, будто распад «убегает» от нас, как черепаха от Ахиллеса в известной апории Зенона. Говоря более строго, наблюдения подавляют эволюцию системы, заставляя ее оставаться в том состоянии, в котором мы ее «поймали». Этот эффект хорошо изучен теоретически и экспериментально проверен для многих квантовых систем. Подробнее прочитать о квантовом эффекте Зенона можно, например, в этой статье Ростислава Вердинского.

В новой статье группа ученых под руководством Шея Хакоена-Гурги (Shay Hacohen-Gourgy) экспериментально показала, что квантовый эффект Зенона можно использовать не только для подавления эволюции системы, но и для управления ее состоянием. Для этого нужно немного изменять фазу оператора наблюдения в ходе эксперимента. В качестве исследуемой системы они взяли трансмонный кубит (один из типов сверхпроводящего кубита), помещенный в трехмерную сверхпроводящую полость. Эволюция подобной системы описывается контурной квантовой электродинамикой (circuit-QED), определить состояния кубита можно, измеряя частоту колебаний поля в полости. Кроме того, физики приложили к системе возмущение с частотой, совпадающей с собственной частотой колебаний кубита, и получили эффективный кубит с новыми собственными состояниями. Именно для этого эффективного кубита они показали возможность изменять состояние с помощью наблюдений.


Затем экспериментаторы провели серию опытов, в которых они с разной частотой измеряли состояния кубита, медленно изменяя фазу оператора наблюдения. Полученные данные они откладывали на сфере Блоха и сравнивали с теоретическими предсказаниями. Грубо говоря, сфера Блоха отражает, насколько состояние системы совпадает с одним из двух выбранных «чистых» состояний (например, состояния «спин вверх» и «спин вниз» для электрона). Оказалось, что в целом эксперимент хорошо совпадает с теорией, и состояние кубита медленно изменяется («перетаскивается») вместе с фазой оператора наблюдения, оставаясь при этом «чистым» состоянием (которому отвечает точка на поверхности сферы). Тем не менее, иногда система совершает скачок и переходит в диаметрально противоположную точку на сфере Блоха, то есть в ортогональное состояние. После «перескакивания» состояние продолжает поворачиваться, оставаясь чистым.


Кроме того, ученые более подробно исследовали, как система «перескакивает» между ортогональными состояниями. Оказалось, что скачок происходит немного раньше, чем предсказывает теория. При этом траектория системы проходит не через центр сферы Блоха, а выгибается в сторону, противоположную направлению «перетаскивания».


Авторы статьи считают, что изученный ими эффект поможет регистрировать ошибки, возникающие в кубитах квантовых компьютеров во врем вычислений, поскольку он позволяет не только изменять, но и отслеживать состояния кубита.

Ранее мы писали, как две группы ученых экспериментально доказали, что квантовый эффект Зенона действительно проявляется при измерении состояний атомов сильно охлажденного газа рубидия-87. Кроме того, осенью этого года исследователи продемонстрировали эффект, напоминающий квантовый эффект Зенона: им удавалось контролировать поток тепла, изменяя частоту наблюдений за термоэлектронным наноразмерным прибором. В том числе — направлять его от холодного тела к горячему вопреки второму закону термодинамики.

Дмитрий Трунин

N+1

Похожие новости:
БАК предложили чистить гнутыми кристаллами
Российские ученые из Физического института Лебедева примут участие в работе проекта UA9 CERN. Об этом сообщает ФИАН-информ. При работе ускорителей часто бывает необходимо не только контролировать направление движения пучка и его энергию, но и чистить его от, например, изменивших траекторию частиц. Для этого ..
2011-12-21 1282 0 Технология
0
Физики создали квантовый симулятор с сотнями кубитов
Физики из Национального института стандартов и технологий (NIST) создали квантовый симулятор, который может спроектировать взаимодействия между сотнями квантовых битов (кубитов) — в 10 раз больше по сравнению с предыдущими устройствами, сообщает «WordScience.org».Как было описано 26-го апреля 2012-го ..
2012-04-27 2228 0 Технология
0
Физики создали кубит из радиоактивного изотопа бария
Одним из наиболее популярных типов кубитов в прототипах квантовых компьютеров являются ионы металлов, удерживаемые в специальной ионной ловушке с помощью лазерного охлаждения. Однако необходимая для удержания длина волны лазера приводит к снижению эффективности такого кубита. Чтобы ..
2017-09-19 13300 0 Технология
0
Ученые создали микросхему для квантовых компьютеров
Физики из Центра квантовой фотоники Бристольского университета (Великобритания) создали кремниевую микросхему, способную стать элементной базой для квантовых компьютеров. При этом они использовали традиционную технологию «кремний на изоляторе», что позволяет говорить о потенциальной дешевизне разработки. В отличие от кремниевых микросхем ..
2012-09-5 1513 0 Технология
0
Передача магнитных полей в пространстве стала реальной
Как известно, электромагнитные волны при соблюдении определённых условий способны к преодолению практически бесконечных расстояний. И это их свойство эффективно используется на благо человечества, сообщает Meganauka.com. Однако с магнитными полями всё обстоит намного сложнее. Дело в том, что магнитное поле быстро распадается и утрачивает ..
2013-05-9 2418 1 Технология
0
Создан квантовый компьютер в алмазе
Учёные использовали алмаз для того, чтобы изготовить квантовый компьютер. Прежним попыткам создания подобного вычислительного устройства мешало воздействие внешней среды, искажающее вычисления. Теперь же физики из Нидерландов и США нашли решение этой проблемы. Алмаз начал использоваться для квантовых ..
2012-04-9 2737 0 Технология
0
Ученые разработали микроскопический датчик силы
Физики из России, Белоруссии и Испании разработали микроскопический датчик силы, в своем устройстве использующий углеродные нанотрубки. Описание датчика представлено к публикации в журнале Computational Materials Science, с ее кратким содержанием можно ознакомиться на сайте Московского физико-технического института. Устройство представляет ..
2014-07-01 1580 0 Технология
0
Физики соберут квантовый компьютер из ховербордов
Физики из Йельского Университета, Университета Чикаго и Аргоннской Национальной Лаборатории создали устройство, способное считывать количество и, в перспективе, квантовое состояние электронов, левитирующих подобно «ховерборду» над сверхтекучим гелием. Прибор может стать основой для квантового вычислителя, роль кубитов ..
2016-03-22 1567 0 Технология
1
Установлен новый рекорд квантовых вычислений
Ученые из Австралии и Японии, используя новую физическую реализацию кубита, установили новый рекорд квантовых вычислений. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Nanotechnology. Специалисты создали особую физическую реализацию кубита — квантового обобщения классического бита. ..
2014-10-15 1690 0 Технология
0
Ученые изобрели детектор вирусов
Специалисты университета Нью-Йорка, колледжа Хантера и Фордхемского университета совместно с  профессором физики и химии Стивеном Арнольдом разработали новый высокочувствительный сенсор для нахождения вирусов.Принцип работы изобретения похож на эффект "шепчущей галереи", когда сказанное в одной части ..
2012-09-1 1628 0 Технология
0
Физики научились «гравировать» электрические цепи в кристаллах
Ученые из Университета штата Вашингтон научились с помощью лазерного луча создавать электрические цепи в кристалле титаната стронция. В этом им помог эффект устойчивой фотопроводимости, при которой сопротивление материала падает в сотни раз при облучении светом и остается низким в течение долгого времени. Получившиеся электропроводные цепи в металле ..
2017-08-02 28620 0 Технология
0
Сворачиванием крови будут управлять лазеры и наночастицы
Инженеры Массачусетского технологического университета разработали основанную на наночастицах систему, с помощью которой можно обратимо выключать и включать сворачивание крови светом лазеров. Описание системы опубликовано в журнале PLoS ONE. Принцип работы системы основан на высвобождении в нужное время ..
2013-07-29 1337 0 Технология
0
Ученые научились управлять структурой графена
Группа физиков из Университета штата Аризона обнаружила, как изменить кристаллическую структуру графена при помощи электрического поля. Это открытие стало важным шагом к возможному использованию графена в микропроцессорах, которые будут меньше и быстрее, чем современные компоненты, построенные на основе кремния. Графен ..
2014-05-05 1533 0 Технология
0
Ученые создали новые магнитные технологии охлаждения
Новая технология охлаждения опирается на материалы, которые изменяют свою температуру, когда на них воздействует магнитное поле . Доктор Luis Hueso из исследовательского центра CIC nanoGUNE разработал новую технологию для охлаждения микроэлектронных компонентов. Система охлаждения основана на явлении магнитного охлаждения, ..
2013-02-26 2178 0 Технология
0
Анализ крови предложили проводить лазером
Канадские ученые предложили использовать для анализа крови фотоакустический эффект, который позволяет получить информацию о форме тел при помощи их облучения короткими лазерными импульсами. Работа опубликована в журнале Biophysical Journal, кратко ее содержание приводит ScienceNow. В ходе исследования ученые ..
2013-07-3 2097 0 Технология
0