Поиск - новости науки и техники

Первый квантовый. Создан метаматериал с уникальными свойствами.

Первый в мире квантовый метаматериал, который можно использовать в качестве элемента управления в сверхпроводящих электрических схемах, создан группой российских и германских ученых. Таким образом, совершен прорыв в создании материалов, в природе не существующих.
Метаматериалы – вещества, свойства которых определяются не столько атомами, из которых они состоят, сколько тем, в какие структуры эти атомы собраны. Каждая из них имеет размеры в десятки или сотни нанометров и обладает собственным набором качеств, исчезающих при попытке разделить ее на составляющие. Поэтому такую структуру называют мета-атом (чтобы не путать с обычными атомами из Периодической системы химических элементов Менделеева), а вещество, состоящее из мета-атомов, метаматериалом.
До недавнего времени еще одно отличие мета-атомов заключалось в том, что свойства обычных атомов описывались уравнениями квантовой механики, а мета-атомов – классическими физическими уравнениями. Но после создания кубитов (квантовый разряд, наименьший элемент хранения информации в квантовом компьютере) появилась потенциальная возможность сконструировать материал из мета-атомов, состояние которых описывается только квантовомеханически. Правда, такая работа потребовала создания необычных кубитов.
– Международная группа ученых из Национального исследовательского технологического университета “МИСиС” (НИТУ “МИСиС”), Университета Карлсруэ (Германия) и Йенского института фотонных технологий (Германия), под руководством главы лаборатории “Сверхпроводящие метаматериалы” НИТУ “МИСиС” профессора Алексея Устинова создала “зеркальный” кубит, а также метаматериал на его основе, – сообщила ректор НИТУ “МИСиС” Алевтина Черникова. – Благодаря исключительным свойствам новый материал можно использовать для создания одного из ключевых элементов сверхпроводниковых электронных устройств.
Как уточнил научный сотрудник лаборатории “Сверхпроводящие метаматериалы” НИТУ “МИСиС” Кирилл Шульга, в обычный кубит входят три джозефсоновских перехода (твердотельных сверхпроводниковых наноэлементов, состоящих из двух сверхпроводящих электродов, соединенных так называемой слабой связью), в то время как в составе зеркального – пять таких переходов, симметричных относительно центральной оси. 
– Логика тут довольно простая: у сложной системы с большим числом степеней свободы присутствует большее число факторов, которые могут влиять на ее свойства. Меняя некие внешние параметры среды, в которой находится наш метаматериал, можно эти свойства включать и выключать, переводя зеркальный кубит из одного, основного состояния с определенными свойствами, в другое, с другими свойствами, – объяснил ученый.
– В одном из режимов цепочка таких кубитов очень хорошо пропускает электромагнитное излучение в микроволновом диапазоне, при этом оставаясь квантовым элементом, в другом она поворачивает сверхпроводящую фазу на 180 градусов и запирает прохождение электромагнитных волн через себя, также оставаясь при этом квантовой системой. Так что при помощи магнитного поля этот материал можно использовать как управляющий элемент в системах передачи квантовых сигналов (отдельных фотонов) в цепях, из которых состоят развивающиеся сейчас квантовые компьютеры, – добавил инженер лаборатории “Сверхпроводящие метаматериалы” НИТУ “МИСиС” Илья Беседин. 
По словам участников исследования, им пришлось перебрать множество теорий, чтобы правильно описать происходящие в квантовом метаматериале процессы. Итогом размышлений ученых стала статья “Magnetically induced transparency of a quantum metamaterial composed of twin flux qubits”, опубликованная в журнале Nature Communications.
По материалам пресс-службы НИТУ “МИСиС”

Нет комментариев