Новости

Ученые из МФТИ и Российского квантового центра выяснили, как можно заставить кубиты, элементарные ячейки квантового компьютера, обмениваться информацией посредством телепортации даже в том случае, если они построены на базе разных принципов работы. Их выводы были представлены в журнале Nature Communications.

"Объединение преимуществ квантовых состояний, закодированных в дискретных и непрерывных переменных, откроет новые горизонты для применения квантово-оптических технологий на практике", — заявил Александр Уланов, аспирант МФТИ и научный сотрудник Российского Квантового Центра, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

"Призрачное действие на расстоянии"

Квантовая телепортация была впервые описана на теоретическом уровне в 1993 году группой физиков под руководством Чарльза Бенетта. По их идее, атомы или фотоны могут обмениваться информацией на каком угодно расстоянии в том случае, если они были "запутаны" на квантовом уровне.

Для осуществления этого процесса необходим обычный канал связи, без которого мы не можем прочитать состояние запутанных частиц, из-за чего такую "телепортацию" нельзя использовать для мгновенной передачи данных на астрономические расстояния.

При использовании стандартной процедуры квантовой телепортации отправитель-"Алиса" и получатель-"Боб" обладают двумя частицами, "запутанными" между собой на квантовом уровне. Если "Алиса" хочет телепортировать какую-то другую частицу "Бобу", то она одновременно замеряет состояние, в котором находились обе ее частицы, и передает их по обычной линии связи "Бобу".  

Во время этого замера связь между "запутанными" частицами разрушается, и частица Боба переходит в те состояния, в которых находилась частица Алисы во время телепортации. Чтобы узнать, в каком именно состоянии она находилась, необходимы данные замеров, которые Боб может использовать для получения данных о свойствах частицы.

Уланов и его коллеги под руководством Александра Львовского, одного из главных российских специалистов в области квантовой телепортации, задумались о том, можно ли осуществить телепортацию между квантовыми объектами, чья физическая природа кардинально различается.

Квантовые горизонты

Дело в том, что ученым пока не удалось создать идеального материала или прибора, который бы позволял осуществлять хранение, передачу и обработку квантовой информации с одинаково высокой эффективностью. Все существующие каналы квантовой связи, а также кубиты, элементарные ячейки квантового компьютера, хорошо справляются только с одной или двумя подобными задачами, и плохо подходят для решения остальных.

По этой причине физики сегодня все чаще думают о создании "разнородных" квантовых машин, в которых каждую из этих задач будет решать наиболее приспособленный материал. Их применение, соответственно, потребует создания технологий, позволяющих передавать квантовую информацию из одного типа кубитов в другой.

Львовский, Уланов и их коллеги успешно решили одну из подобных задач,  заставив обменяться информацией два типа ячеек памяти, основанных на двух очень разных квантовых характеристиках света – его поляризации и напряженности электрического поля.

Принципиальные различия между этими свойствами фотонов, как объясняют ученые, заключаются в том, что первая характеристика проявляет дискретную, "прерывистую" природу, а вторая – имеет непрерывный характер.

Как показали опыты российских физиков, их разнородная природа не была препятствием для осуществления квантовой телепортации. Ученые смогли запутать между собой два подобных кубита, превратив их в особые аналоги знаменитого "кота Шредингера", и передать информацию на третий квантовый объект, имевший непрерывную природу, используя классическую методику Беннетта и принципы квантовой механики.

Подобную форму телепортации, по словам Львовского и его коллег, можно использовать в качестве усилителей сигналов в квантово-оптических сетях, в качестве одного из компонентов квантовой памяти и для многих других практических целей.

Физики из России открыли новую форму плавления материи

Эксперименты с соединениями редкоземельных металлов помогли физикам из "Сколтеха" и MIT открыть новую форму плавления материи, чьим "мотором" выступает свет, а не тепло. Их выводы были представлены в журнале Nature Physics.

"Теперь мы пытаемся создать искусственные аналоги подобных дефектов. Их можно использовать в качестве основы для системы хранения данных, которые будут записываться и стираться при помощи света", — рассказывает Альфред Цонг (Alfred Zong) из Массачусетского технологического института (США).

Почти все элементы и химические соединения, существующие во Вселенной, могут принимать четыре разных агрегатных формы материи – превращаться в твердое тело, жидкость, газ и плазму. Эти превращения, так называемые фазовые переходы, уже много столетий изучаются физиками, и пока ученые не могут уверенно сказать, что они полностью понимают все подобные процессы.

К примеру, ученые еще не совсем понимают, почему возникают пузырьки внутри жидкости при кипении воды, как она превращается в лед, и где находится точка, при которой сверхохлажденная вода не может существовать в жидком виде.

Цонг и его коллеги, в том числе Павел Долгирев и Александр Рожков из "Сколтеха" в Москве, открыли новую форму плавления материи, экспериментируя с крайне необычным аналогом льда или других твердых материалов, так называемой "волной зарядовой плотности".

Под этим словом ученые понимают особый характер распределения электронов по толще того или иного материала, при котором носители отрицательного заряда объединяются в небольшие "кучки" и ведут себя как часть своеобразной стоячей волны. Подобные структуры из электронов, как давно заметили физики, похожи по своему устройству на кристаллические твердые тела.

Российские и зарубежные физики изучали свойства подобных волн, возникающих внутри пластинок из теллурида лития, материала, широко применяемого сегодня в создании преобразователей тепла в электричество.

Для этого ученые обстреливали этот материал короткими, но мощными вспышками лазера, "сбивавшими" электроны с насиженного места и заставлявшими их двигаться. Как надеялись ученые, наблюдения за разрушением волн зарядовой плотности должны были помочь им раскрыть новые тайны плавления различных кристаллических материалов.

Вместо этого они открыли новый тип фазовых переходов, о существовании которых ученые раньше говорили, но не могли их "увидеть". Оказалось, что при достаточно мощных вспышках лазера волны начинали особым образом "плавиться", разрушаясь не равномерно, как это обычно происходит при таянии льда, а в результате появления "точечных" дефектов в их структуре.

Эти дефекты, как отмечают ученые, похожи на то, как если бы при плавлении "обычных" твердых веществ на их поверхности появлялось множество микроскопических воронок. Они мешают движению электронов внутри материалов с волнами зарядовой плотности и разбивают их на части.

Наблюдая за "плавлением" этих волн и их восстановлением, ученые выяснили, как на этот процесс влияет мощность вспышек и их продолжительность, что необходимо для поиска и создания искусственных материалов с аналогичными свойствами. Они, как предполагают физики, могут быть использованы в качестве носителей информации и других целей.