Найден новый метод, который позволит использовать ядра атомов в качестве кубитов квантовых систем

Управление спином ядра атома

Ядра атомов некоторых химических элементов уже давно являются кандидатами на их использование в качестве кубитов квантовых вычислительных и коммуникационных систем. Их основной квантовый параметр, направление вращения или спин, способен сохраняться в течении длительного времени, но до последнего момента не существовало метода, который мог бы обеспечить сильное взаимодействие атомов ядер с фотонами света. Эти два квантовых объекта взаимодействуют очень и очень слабо из-за разницы в их естественных резонансных частотах, которые могут отличаться на шесть-восемь порядков величины.

Все более ранние попытки осуществления взаимодействия ядер атомов и фотонов света были построены на косвенных методах, на использование электронов, вращающихся вокруг ядра, в качестве своего рода «посредников». Но это, в свою очередь приводило к тому, что наличие в составе кубита лишнего электрона просто приводило к повышению уровня шумов, сводивших на нет все достоинства использования спина ядра атома.

И недавно группа исследователей из Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology, MIT) предложила новый метод, позволяющий создавать кубиты на основе «абсолютно голых» ядер атомов, контролировать их, записывать и считывать информацию при помощи света двух лазеров, несколько отличающихся длиной волны.

Этот метод основан на факте того, что ядра некоторых химических элементов являются электрическими четырехполюсниками, т.е. создаваемое ими электрическое поле имеет четыре ярко выраженных полюса. Разница частот света двух лазеров подбирается так, что она соответствует частоте смены полюсов при вращении ядра атома с его естественной скоростью, и в этом случае возникают достаточно сильные взаимодействия, при помощи которых можно подтолкнуть ядро к вращению в необходимом направлении.

«Этот новый механизм сцепления позволяет и контролировать и измерять направление вращения ядра атома» — пишут исследователи, — «Более того, этот процесс полностью настраиваемый, к примеру, один из лазеров может иметь частоту, используемую в телекоммуникационных системах, что превратит ядро-кубит в своего рода квантовый ретранслятор».

И в заключении следует отметить, что сейчас все описанное выше представляет собой только теоретическую работу. Таким образом, следующий шаг исследователей должен заключаться в создании реального лабораторного устройства, основанного на данном принципе контроля спина ядра атома. Вероятней всего это устройство будет представлять новый вариант квантового спектрографа, который, в отличие от спектрографов Рамана, будет способен дифференцировать изотопы одного и того же химического элемента. И после этого ученые смогут заняться созданием новых типов устройств квантовой памяти, квантовых вычислительных узлов и т.п.

Ключевые слова:
Кубит, Ядро, Атом, Лазер, Свет, Фотон, Взаимодействие

Первоисточник

Другие новости по теме:

  • Дефекты кристаллической решетки алмаза позволили создать «блистающий» квантовый компьютер.
  • Кубиты-триггеры — основа радикально новой архитектуры квантовых вычислительных систем
  • Ученые превратили источник квантовых шумов в кубит, способный самостоятельно исправить ошибки данных
  • Установлен новый рекорд по длительности хранения информации в квантовых битах
  • Ученые разработали принципиально новый принцип построения квантового компьютера
  • Share Button

    Материалы по теме:

    Ученые обнаружили летающие скирмионы
    Топологическая оптика и топологическая фотоника стали "горячими" областями науки с 1980-х годов после того, как были открыты сингулярности в магнитных полях. А относительно недавняя ...
    Масса нейтрино измерена с беспрецедентной точностью, эта частица легче, чем 0.8 электронвольта
    Частицы нейтрино, вероятно, являются самыми загадочными и экзотическими частицами в нашей Вселенной. В космологии они играют важную роль в формировании самых крупномасштабных структур, а ...
    Ученым удалось превратить стеклянную наночастицу в квантовый объект, находящийся одновременно в двух разных местах
    Не так давно исследователи из Венского университета и Швейцарского федерального технологического института при помощи света лазеров охладили стеклянную наночастицу до такого уровня, что она ...
    Ученые CERN опровергли ранние подтверждения некоторых отклонений от Стандартной Модели
    Ученые Европейской организации ядерных исследований CERN, работающие в рамках эксперимента ATLAS на Большом Адронном Коллайдере (БАК), произвели экспериментальную проверку одного из основополагающих принципов Стандартной ...
    Новые сверхточные атомные часы предназначены для исследований, лежащих в совершенно новых областях физики
    Ученые-физики из университета Висконсина в Мэдисоне (University of Wisconsin-Madison), создали то, что можно назвать самыми точными и самыми высокопроизводительными атомными часами на сегодняшний день. ...
    You can skip to the end and leave a response. Pinging is currently not allowed.

    Leave a Reply

    Яндекс.Метрика