Группа ученых лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ «МИСиС» под руководством профессора Георгиоса Цирониса провела теоретическое исследование свойств квантового сверхпроводящего метаматериала с помощью квантовых подходов. Полученные результаты обнаружили новые когерентные режимы взаимодействия электромагнитной волны и квантового сверхпроводящего метаматериала, что, в свою очередь, позволит создавать новые схемы для работы квантовых компьютеров. По результатам работы в журнале Scientific Reports, входящем в группу изданий Nature, была опубликована статья «Qubit lattice coherence induced by electromagnetic pulses in superconducting metamaterials».
Как отметил заведующий лабораторией «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ «МИСиС» профессор Алексей Устинов, «в своей только что опубликованной теоретической работе Георгиос Циронис и его соавторы Зоран Ивич и Николаос Лазаридис из теоретической группы нашей лаборатории описывают новый, очень необычный и красивый квантовый эффект. Исследуя методом численного моделирования цепочки простейших квантовых объектов — кубитов, имеющих два квантовых состояния, они обнаружили волны нового типа. Оказалось, что волны квантовых возбуждений в таких цепочках распространяются в виде профилей, сохраняющих с течением времени свою форму. Это очень красивый и неожиданный результат, который мы хотели бы обязательно проверить экспериментально, используя цепочки сверхпроводящих кубитов. Предсказанное нашими теоретиками явление может найти новые применения в квантовых схемах и метаматериалах на основе сверхпроводников».
Создание новых сверхпроводящих метаматериалов и исследование их электромагнитных свойств — одна из основных задач, стоящая перед учеными лаборатории сверхпроводящих метаматериалов НИТУ «МИСиС».
Известно, что кубиты эффективно взаимодействуют с электромагнитным полем. Поэтому целью проведенного данного теоретического исследования было изучение новых возможностей управления квантовым сверхпроводящим метаматериалом при пропускании через него электромагнитной волны. Метаматериал представлял собой цепочку кубитов внутри сверхпроводящей линии передач.
Использование квантовых подходов к описанию сверхпроводящего метаматериала привело к обнаружению квантовых когерентных эффектов.
Результаты показали, что при воздействии электромагнитного излучения на протяженную периодическую цепочку кубитов возникают интересные физические явления — самоиндуцированная прозрачность и сверхизлучение, — которые позволяют управлять скоростью распространения волны по квантовому метаматериалу. Также было показано, что эти явления сопровождаются появлением волны нового типа — когерентного импульса населенностей квантовых уровней, на которых находятся кубиты.
Исследователи полагают, что экспериментальное подтверждение обнаруженных эффектов приведет к важным продвижениям в области квантовых вычислений, в частности, для создания новых схем, которые можно использовать в работе квантовых компьютеров.
«Лаборатория сверхпроводящих метаматериалов под руководством профессора Алексея Устинова создана в НИТУ „МИСиС“ в ноябре 2011 года в рамках мегагранта Правительства РФ. Сегодня она является одним из ведущих научно-исследовательских центров России в области изучения теоретических и прикладных особенностей метаматериалов, — отметила ректор НИТУ „МИСиС“ Алевтина Черникова. — В 2013 году ученые лаборатории совместно с коллегами из Российского квантового центра впервые в России измерили кубит. А в 2015 году этой же группой исследователей, совместно с коллегами из РКЦ, МФТИ и Института физики твердого тела РАН, был создан первый российский сверхпроводящий кубит, необходимый для производства квантового компьютера».
