Rahvusvaheline vene ja saksa teadlaste grupp on teinud läbimurde looduses kättesaamatute omadustega materjalide loomisel. Riikliku teadusuuringute tehnoloogiaülikooli "MISIS", Karlsruhe ülikooli (Saksamaa) ja Jena fotonoomsete tehnoloogiate instituudi (Saksamaa) teadlased on NUST "MISIS" professori Aleksei Ustinovi juhtimisel "Superjuhtivate metamaterjalide laboratooriumi" eestvedamisel loonud maailma esimesed nn "peegli" viktorid, aga ka nende põhjal metamaterjal. See on maailmas esimene kvantmetamaterjal, mida saab kasutada ülijuhtivate elektriahelate juhtimiselemendina. Töö tulemused avaldati ajakirjas "Nature Communications".
Metamaterjalid on ained, mille omadusi määravad mitte niivõrd aatomid, millest need koosnevad, vaid struktuurid, milles need aatomid on kokku pandud. Igal sellisel struktuuril (neid nimetatakse meta-aatomiks) on kümnete või isegi sadade nanomeetrite mõõtmeid ning sellel on oma omaduste komplekt, mis kaob, kui proovite seda osadeks eraldada.
Kuni viimase ajani oli aatomite ja meta-aatomite üks põhilisi erinevusi see, et tavaliste aatomite omadusi kirjeldati kvantmehaanika võrranditega ja meta-aatomite omadusi - klassikaliste füüsikaliste võrranditega.
Viktoriinide (väikseimad elemendid teabe salvestamiseks kvantarvutis) loomine on viinud võimaluse konstrueerida meta-aatomitest koosnev materjal, mille olekut kirjeldatakse ainult kvantmehaaniliselt. Tõsi, selline töö nõudis spetsiaalsete juppide loomist.
"Tavaline qubit koosneb vooluringist, mis sisaldab kolme Josephsoni ristmikku," selgitab NUST MISISe ülijuhtivate metamaterjalide laboratooriumi teadur Kirill Shulga. - Ja peegli kompositsioon sisaldab viit üleminekut, sümmeetriliselt kesktelje suhtes. Peegelkvitsid olid meie mõistes keerukama süsteemina kui tavalised ülijuhtivad jupid. Loogika on siin lihtne: suure vabadusastmega kunstlikult keerulisel süsteemil on suurem arv tegureid, mis võivad selle omadusi mõjutada. Muutades selle keskkonna, milles meie metamaterjal asub, väliseid parameetreid, saab neid omadusi sisse ja välja lülitada, kandes peegli qubit ühe omadusega aluse olekust teise."
Katse käigus selgus, et kogu peegelkvbititest koosnev metamaterjal võib lülituda kahe režiimi vahel. Ühes režiimis edastab selliste kbittide ahel mikrolainevahemikus väga hästi elektromagnetilist kiirgust, jäädes samas kvant-elemendiks. Teises pöörleb see ülijuhtivat faasi 180 kraadi ja blokeerib elektromagnetiliste lainete läbimise iseenesest. On oluline, et see jääks samal ajal kvant-süsteemiks.
Peegelpikenduste ahela mikrograaf. Alumises osas on eraldusvõime 20 mikronit cm kohta, ülemises osas 5 mikronit cm kohta. Ringid tähistavad Josephsoni ristmikke, mis sisalduvad ühes peegelkbitis / NUST MISIS Pressiteenistus.
"Selgub, et magnetvälja abil saab sellist materjali kasutada kontrollelemendina kvantsignaalide (üksikute footonite) edastamiseks süsteemides, mis moodustavad praegu arenevaid kvantarvuteid moodustavates ahelates," kommenteerib Ilust Besedin, NUST MISISe ülijuhtivate metamaterjalide labori insener. … "See on üks ülijuhtivate elektroonikaseadmete võtmeelemente."
Reklaamvideo:
Tavaarvuti puhul on keerulisem täpselt arvutada ühe peegelkbitti omadusi kui tavalise kvbitiga. Sellise neliku mitu korda keerukamaks muutmisega on võimalik jõuda keerukuseni, mis on juba tänapäevaste elektrooniliste arvutite lähedal või ületab neid. Sellist keerulist süsteemi saab kasutada kvantimulaatorina, see tähendab seadmena, mis on võimeline ennustama ja simuleerima teatud reaalse protsessi või materjali omadusi.
Uuringu autorid pidid kvantmeta-materjalis toimuvaid protsesse õigesti kirjeldama sorteerima paljusid teooriaid. Nende mõtiskluste tulemuseks oli mainekas ajakirjas “Nature Communications” avaldatud artikkel “Kaksikvoogudest koosnevast kvantmetamaterjali magnetiliselt indutseeritud läbipaistvus”.
