Как разгадать загадки невидимого квантового мира? Создать его точную копию из ультрахолодных атомов
NewsMakerУчёные раскрыли тайны эффекта Джозефсона лежащего в основе квантовых компьютеров.
Многие квантовые эффекты, на которых основаны современные технологии, происходят на масштабах, недоступных прямому наблюдению. Один из таких эффектов — эффект Джозефсона. Он лежит в основе работы квантовых компьютеров на сверхпроводниках, эталонов напряжения и медицинских приборов, применяемых для измерения активности мозга.
Несмотря на широкое практическое использование, процессы внутри джозефсоновского перехода до сих пор плохо поддаются прямому изучению. Внутренняя динамика, связанная с потерями энергии и появлением возбуждений, скрыта внутри твёрдого тела. Немецкие физики предложили альтернативный подход: воссоздать этот квантовый эффект не в сверхпроводнике, а в системе ультрахолодных атомов и наблюдать его напрямую.
Классический джозефсоновский переход состоит из двух сверхпроводников, разделённых очень тонким изолирующим слоем. Благодаря квантовому туннелированию электрический ток может протекать через этот барьер без сопротивления. При увеличении тока в системе появляются потери энергии. Если при этом на переход воздействует микроволновое излучение, на вольт-амперной характеристике возникают участки с постоянным напряжением. Эти плато известны как ступени Шапиро и используются как основа международного стандарта вольта из-за их высокой воспроизводимости.
Проблема заключается в том, что внутри сверхпроводящего материала невозможно напрямую проследить, как формируются эти ступени и какие процессы за ними стоят. Чтобы обойти это ограничение, исследователи использовали метод квантового моделирования и заменили электронную систему атомной.
Многие квантовые эффекты, на которых основаны современные технологии, происходят на масштабах, недоступных прямому наблюдению. Один из таких эффектов — эффект Джозефсона. Он лежит в основе работы квантовых компьютеров на сверхпроводниках, эталонов напряжения и медицинских приборов, применяемых для измерения активности мозга.
Несмотря на широкое практическое использование, процессы внутри джозефсоновского перехода до сих пор плохо поддаются прямому изучению. Внутренняя динамика, связанная с потерями энергии и появлением возбуждений, скрыта внутри твёрдого тела. Немецкие физики предложили альтернативный подход: воссоздать этот квантовый эффект не в сверхпроводнике, а в системе ультрахолодных атомов и наблюдать его напрямую.
Классический джозефсоновский переход состоит из двух сверхпроводников, разделённых очень тонким изолирующим слоем. Благодаря квантовому туннелированию электрический ток может протекать через этот барьер без сопротивления. При увеличении тока в системе появляются потери энергии. Если при этом на переход воздействует микроволновое излучение, на вольт-амперной характеристике возникают участки с постоянным напряжением. Эти плато известны как ступени Шапиро и используются как основа международного стандарта вольта из-за их высокой воспроизводимости.
Проблема заключается в том, что внутри сверхпроводящего материала невозможно напрямую проследить, как формируются эти ступени и какие процессы за ними стоят. Чтобы обойти это ограничение, исследователи использовали метод квантового моделирования и заменили электронную систему атомной.