Ученые открывают двери будущего: фотонные чипы симулируют квантовые системы при комнатной температуре

Ученые из Университета Рочестера сделали прорыв в области квантового моделирования, создав миниатюрную систему на чипе, которая использует контролируемую частоту фотонов для моделирования сложных природных процессов на квантовом уровне. Открытие не только уменьшает физические размеры и ресурсные требования, свойственные традиционным методам, но и открывает путь к созданию синтетического кристалла с квантовой корреляцией.

Экперимент может стать толчком к развитию более сложных и точных симуляций в будущем, ускоряя прогресс в области квантовых наук и технологий.

Квантовые симуляторы - это устройства, которые могут имитировать поведение сложных квантовых систем, таких как атомы, молекулы или сверхпроводники. Они могут помочь ученым изучать фундаментальные законы природы и разрабатывать новые материалы, лекарства и энергетические источники.

Однако создание квантовых симуляторов представляет собой большой технический вызов, так как они требуют контроля над большим количеством квантовых частиц и поддержания их в изолированном состоянии от внешнего воздействия. Большинство существующих квантовых симуляторов основаны на сверхпроводящих цепях или ионных ловушках, которые работают при очень низких температурах и требуют сложного оборудования.

Новый подход, предложенный учеными, использует фотонные чипы - микроскопические схемы, которые могут генерировать, манипулировать и детектировать свет. Фотонные чипы имеют ряд преимуществ перед другими платформами для квантовых вычислений: они могут работать при комнатной температуре, они легко интегрируются с оптическими волокнами и они могут обрабатывать большие объемы информации.

Ученые показали, что фотонные чипы могут симулировать динамику спиновых систем - одного из самых важных классов квантовых систем, которые имеют приложения в магнетизме, конденсированном состоянии и высокоэнергетической физике. Они использовали два фотонных чипа, соединенных оптическим волокном, для создания двумерной решетки из 16 спинов. Затем они подавали на чипы лазерные импульсы, которые изменяли состояния спинов и вызывали их взаимодействие друг с другом. Измеряя выходной свет с чипов, они могли наблюдать эволюцию спиновой системы во времени.

Результаты эксперимента были опубликованы в журнале Nature Physics ( https://www.nature.com/articles/s41566-023-01236-7 ). Ученые заявили, что это первый пример квантовой симуляции на фотонных чипах, который достигает такого высокого уровня сложности и точности. Они также отметили, что их метод может масштабироваться до больших размеров и использоваться для симуляции других типов квантовых систем.

Источник: www.securitylab.ru

Комментарии: