Российские ученые из Физико-технического института им. Иоффе и Санкт-Петербургского университета информационных технологий, механики и оптики впервые разработали квантовую модель для описания активного взаимодействия кубитов в простом оптическом резонаторе посредством оптомеханических эффектов. Результаты данного исследования, опубликованные в журнале Physical Review Letters, демонстрируют возможность реализации PT-симметрии в такой системе. В настоящее время взаимодействие кубитов в квантовых компьютерах преимущественно строится на основе квантовой электродинамики, которая описывает взаимодействие квантовых систем с фотонами. Однако, подобный подход существенно ограничивает возможности управления кубитами. Оптомеханика, позволяющая создавать более сильное взаимодействие между квантово-механическими системами, до сих пор оставалась малоизученной в контексте создания взаимодействия между кубитами из-за сложности теоретического описания и физической реализации.
Модель системы взаимодействующих кубитов. Ivan Iorsh, Alexander Poshakinskiy, and Alexander Poddubny / Physical Review Letters
Ученые предложили модель системы из двух механических кубитов, помещенных в оптическую ловушку. Модель демонстрирует возможность возникновения PT-симметрии, что открывает новые перспективы для управления и контроля кубитами в квантовых компьютерах.
В качестве рассматриваемой модели исследователи числено изучили гармонические оптические ловушки, в каждую из которых был помещен кубит. Такие ловушки могут быть реализованы, например, в системе холодных атомов лития. Для простоты модели физики рассматривали однофотонные возбуждения в системе двух кубитов и обнаружили, что описание динамики системы можно свести к симметричным и антисимметричным суперпозициям возбуждений кубитов. Такой подход позволил построить первую квантовомеханическую модель для оптомеханической системы.
Также ученые показали, что взаимодействие между кубитами можно варьировать и при определенном значении может возникать PT-симметрия, которая выражается в том, что оптические и механические моды имеет одинаковый уровень распада. При нарушении симметрии, распад одной из мод становится подавлен. Это дает дополнительный контроль над системой, что теоретически позволит намного лучше управлять кубитами в процессе сложной квантовой динамики, например, при квантовых вычислениях.
Ранее мы писали как оптомеханическая система уменьшила квантовый шум при комнатной температуре. Недвано физики показали быструю синхронизацию двух фононных лазеров, что позволяет точно контролировать оптомеханическую связь и исследовать коллективную динамику в оптомеханике.
Автор: Михаил Перельштейн
Источник: https://nplus1.ru/
