Sekelompok peneliti Rusia dan Jerman internasional telah membuat terobosan dalam penciptaan material dengan sifat yang tidak terjangkau di alam. Ilmuwan dari National Research Technological University "MISIS", University of Karlsruhe (Jerman) dan Jena Institute of Photonic Technologies (Jerman), di bawah kepemimpinan kepala laboratorium "Superconducting Metamaterials" of NUST "MISIS" Profesor Alexei Ustinov, telah menciptakan apa yang disebut qubit "cermin" pertama di dunia, serta metamaterial berdasarkan mereka. Ini adalah metamaterial kuantum pertama di dunia yang dapat digunakan sebagai elemen kontrol dalam rangkaian listrik superkonduktor. Hasil pekerjaan itu dipublikasikan di jurnal "Nature Communications".
Metamaterial adalah zat, yang sifat-sifatnya tidak ditentukan begitu banyak oleh atom-atom penyusunnya, melainkan oleh struktur di mana atom-atom ini berkumpul. Setiap struktur semacam itu (disebut "meta-atom") memiliki dimensi puluhan atau bahkan ratusan nanometer dan memiliki kumpulan properti sendiri yang menghilang saat Anda mencoba membaginya menjadi beberapa komponen.
Sampai saat ini, salah satu perbedaan mendasar antara atom dan meta-atom adalah bahwa sifat-sifat atom biasa dijelaskan oleh persamaan mekanika kuantum, dan meta-atom - dengan persamaan fisik klasik.
Penciptaan qubit (elemen terkecil untuk menyimpan informasi dalam komputer kuantum) telah menyebabkan potensi untuk membangun material yang terdiri dari meta-atom, yang keadaannya hanya dijelaskan secara mekanis kuantum. Benar, pekerjaan seperti itu membutuhkan pembuatan qubit khusus.
"Sebuah qubit biasa terdiri dari sirkuit yang mencakup tiga persimpangan Josephson," jelas Kirill Shulga, seorang peneliti di Laboratorium Metamaterial Superkonduktor di NUST MISIS. - Dan komposisi cermin mencakup lima transisi, simetris tentang sumbu pusat. Qubit cermin dipahami oleh kami sebagai sistem yang lebih kompleks daripada qubit superkonduktor biasa. Logikanya di sini sederhana: sistem rumit artifisial dengan banyak derajat kebebasan memiliki lebih banyak faktor yang dapat memengaruhi propertinya. Dengan mengubah beberapa parameter eksternal lingkungan tempat metamaterial kita berada, kita dapat mengaktifkan dan menonaktifkan properti ini, mentransfer qubit cermin dari satu status dasar dengan beberapa properti ke yang lain."
Selama percobaan, ternyata semua metamaterial yang terdiri dari qubit cermin dapat beralih di antara dua mode. Di salah satu rezim, rantai qubit tersebut memancarkan radiasi elektromagnetik dengan sangat baik dalam rentang gelombang mikro, sambil tetap menjadi elemen kuantum. Di sisi lain, ia memutar fase superkonduktor 180 derajat dan menghalangi lewatnya gelombang elektromagnetik melalui dirinya sendiri. Penting bahwa pada saat yang sama ia tetap menjadi sistem kuantum.
Mikrograf rantai qubit cermin. Di bagian bawah, resolusinya 20 mikron per cm, di bagian atas, 5 mikron per cm Lingkaran menunjukkan persimpangan Josephson termasuk dalam satu qubit cermin.
“Ternyata dengan bantuan medan magnet, bahan seperti itu dapat digunakan sebagai elemen kontrol dalam sistem untuk transmisi sinyal kuantum (foton individu) di sirkuit yang membentuk komputer kuantum yang sedang berkembang,” komentar Ilya Besedin, seorang insinyur di Superconducting Metamaterials Laboratory di NUST MISIS … "Ini adalah salah satu elemen kunci dalam perangkat elektronik superkonduktor."
Video promosi:
Lebih sulit untuk menghitung secara akurat properti dari satu qubit cermin pada komputer biasa daripada pada qubit biasa. Dengan memperumit qubit semacam itu beberapa kali lebih banyak, adalah mungkin untuk mencapai batas kerumitan yang sudah mendekati atau melebihi kemampuan komputer elektronik modern. Sistem kompleks seperti itu dapat digunakan sebagai simulator kuantum, yaitu perangkat yang mampu memprediksi dan mensimulasikan sifat-sifat proses atau material tertentu.
Penulis studi harus memilah banyak teori untuk mendeskripsikan dengan benar proses yang terjadi di meta-material kuantum. Hasil dari refleksi ini adalah artikel "Transparansi yang diinduksi secara magnetis dari metamaterial kuantum yang terdiri dari qubit fluks kembar" yang diterbitkan dalam jurnal bergengsi "Nature Communications"
