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:
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 1336 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 1872 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 1315 0 Технология
1
Физики создали первый универсальный квантовый вентиль
Физики из университетов Гриффита и Квинсленда впервые создали рабочий прототип квантового вентиля Фредкина. Устройство меняет местами состояния двух кубитов в зависимости от состояния третьего, управляющего кубита. С помощью комбинаций из одного или нескольких таких вентилей можно выполнить любую ..
2016-03-28 1611 0 Технология
0
Квантовые компьютеры научили вычислять пи-функцию
Испанские ученые Хосе Латорре и Герман Сьерра из университетов Барселоны и Мадрида предложили эффективный квантовый алгоритм вычисления пи-функции. Препринт статьи исследователей доступен на сайте arXiv.org, сама статья пока не подана в рецензируемый журнал. Пи-функция π (k) равна количеству ..
2013-03-27 1130 0 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 2080 0 Технология
0
Физики собрали квантовый канал связи рекордной длины
Физики впервые создали универсальный канал для работы квантового компьютера. Статья ученых появилась в Scientific American и Nature, а ее краткое изложение приводит Nature News. Новое исследование носило сугубо прикладной характер. Ученые построили канал связи, который связал ..
2012-04-13 1358 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 1783 1 Технология
0
Создан первый микроскоп на запутанных фотонах
Ученые из университетов Осаки и Хоккайдо разработали метод световой микроскопии, который использует запутанные фотоны для придания большей контрастности изображению. По словам физиков, точность нового метода на 30 процентов превышает стандартный квантовый предел четкости для обычных фотонов. Исследование ..
2014-02-11 1316 4 Технология
0
Разработаны прозрачные солнечные батареи для окон
Инженеры из Калифорнийского университета в Лос Анджелесе разработали фотоэлементы, которые поглощают свет преимущественно в инфракрасном диапазоне и поэтому обладают достаточной прозрачностью для применения в окнах и экранах электронных устройств. Описание разработки опубликовано в журнале Energy & Environmental Science, кратко ..
2013-07-31 1666 0 Технология
0
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 1034 0 Технология
0
Квантовый компьютер: создан первый рабочий квантовый бит
Исследовательская группа под руководством австралийских инженеров создала первый рабочий квантовый бит на основе одного атома кремния, тем самым открывая путь к сверхмощным квантовым компьютерам, сообщает «SciencePlanet.ru». В своей статье, опубликованной 19-го сентября 2012-го года в журнале «Nature», ..
2012-09-23 1771 0 Технология
0
Ученые используют квантовый скачок в системах связи
Ученые утверждают, что разгадали загадку создания сверхбыстрой беспроводной системы связи.Согласно последнему заявлению китайские исследователи смогли телепортировать кубит (стандартная единица данных в квантовых компьютерах) на 97 километров через озеро Цинхай ис-пользуя небольшой набор фотонов без помощи ..
2012-08-15 1387 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 12774 0 Технология
0
Состоялся первый сеанс трансконтинентальной спутниковой квантовой связи
29 сентября президенты Австрийской и Китайской академии наук провели первый сеанс трансконтинентальной связи, ключ шифрования для которой был распределен с помощью методов квантовой криптографии. Эксперимент установил новый рекорд дальности квантовой связи — свыше 7400 километров (расстояние ..
2017-10-09 9096 0 Технология
0