Físicos do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou (MIPT) e Royal Holloway, Universidade de Londres, demonstraram um efeito conhecido como mistura de ondas quânticas em um átomo artificial. Seus resultados, publicado no jornal Nature Communications , poderia ajudar a desenvolver a eletrônica quântica de um tipo inteiramente novo.

Pesquisadores do Laboratório de Sistemas Quânticos Artificiais do MIPT liderados pelo Professor Oleg Astafiev se uniram a seus colegas britânicos para examinar um sistema quântico supercondutor, que é fisicamente equivalente a um único átomo. Resfriado a temperaturas ultrabaixas, esse dispositivo emitia e absorvia um único quanta de radiação de micro-ondas - da mesma forma que um átomo interage com os fótons de luz.

Átomos artificiais, que são o cerne deste estudo, são um grampo de experimentos de óptica quântica. Os físicos usam esses sistemas para investigar os processos que, de outra forma, são difíceis de estudar, como a emissão e absorção de vários fótons. Considerando que um átomo real em uma cavidade de espelho emite luz em uma direção arbitrária, um sistema supercondutor irradia de forma controlada. Isso permitiu aos autores detectar o espalhamento de vários quanta de luz em um átomo artificial, ou mistura de ondas.

Na saída do sistema descrito acima, os pesquisadores observaram fontes de radiação e ondas eletromagnéticas resultantes de sua interação com o átomo artificial. As frequências dessas ondas foram determinadas pela natureza da excitação envolvida. Isso apontou para o efeito da mistura de ondas quânticas, o que não havia sido observado em sistemas desse tipo antes.

O apelo dos sistemas supercondutores vai além de sua capacidade de revelar vários efeitos ópticos quânticos. De acordo com os autores do artigo, o átomo artificial dobra-se como um qubit - o elemento básico de um computador quântico. Os Qubits permitem cálculos usando unidades básicas de informação diferentes dos bits convencionais. Enquanto uma célula de memória clássica armazena um ou zero, seu análogo quântico - o qubit - pode estar em ambos os estados ao mesmo tempo devido a um princípio conhecido como superposição.

"Nosso artigo relata as descobertas de um experimento demonstrando efeitos incomuns de mistura de ondas em um único átomo artificial na faixa de frequência gigahertz. Examinamos um qubit fortemente acoplado ao campo eletromagnético na linha de transmissão e observamos a mistura do estado quântico fotônico preparado em o qubit com o da luz coerente na linha de transmissão, "diz o estudante de doutorado do MIPT Aleksei Dmitriev, um dos autores do estudo. Os físicos apontam que o efeito observado oferece uma maneira de visualizar as estatísticas do estado quântico dos fótons fonte. Isso pode encontrar aplicação na computação quântica, que emergiu como um campo de pesquisa quente nos últimos anos.

Os computadores quânticos são baseados na noção de que um objeto quântico é capaz de estar em vários estados simultaneamente. Esta propriedade permite que algoritmos quânticos sejam implementados, permitindo aos pesquisadores lidar com problemas que são virtualmente impossíveis de resolver dentro de um período de tempo razoável usando métodos clássicos. Adicionalmente, efeitos quânticos já são usados ​​em canais de transmissão de dados seguros que tornam impossível interceptar informações sem que o emissor e o receptor saibam.