Manipolazione degli stati oscuri dei circuiti superconduttori in una guida d’onda a microonde

Un team guidato da Gerhard Kirchmair ha sviluppato un sistema con il quale gli stati oscuri dei circuiti superconduttori in una guida d’onda a microonde possono essere manipolati dall’esterno. Credito: Mathieu Juan/Università di Sherbrooke

I fisici sperimentali guidati da Gerhard Kirchmair, insieme ai fisici teorici dell’Università di Oulu, in Finlandia, sono riusciti per la prima volta a controllare gli stati quantistici protetti, i cosiddetti stati oscuri, nei bit quantistici superconduttori. Gli stati entangled sono 500 volte più robusti e potrebbero essere utilizzati nelle simulazioni quantistiche. Il metodo potrebbe essere utilizzato anche su altre piattaforme tecnologiche.

Nel laboratorio di Gerhard Kirchmair presso l’Istituto di ottica quantistica e informazione quantistica (IQOQI) dell’Accademia austriaca delle scienze a Innsbruck, in Austria, i bit quantistici superconduttori sono accoppiati a guide d’onda. Quando molti di questi bit quantistici vengono incorporati nella guida d’onda, interagiscono tra loro, determinando i cosiddetti stati oscuri. “Questi sono stati quantistici entangled che sono completamente disaccoppiati dal mondo esterno”, spiega Max Zanner, primo autore dell’articolo.

“Sono invisibili, per così dire, motivo per cui sono chiamati stati oscuri”. Questi stati sono di interesse per le simulazioni quantistiche o l’elaborazione di informazioni quantistiche e proposte corrispondenti sono state avanzate più volte negli ultimi anni. Ad oggi, tuttavia, non è stato possibile controllare e manipolare adeguatamente questi stati oscuri senza infrangere la loro invisibilità. Ora, il team di Kirchmair ha sviluppato un sistema con il quale gli stati oscuri dei circuiti superconduttori in una guida d’onda a microonde possono essere manipolati dall’esterno.

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“Fino ad ora, il problema è sempre stato come controllare gli stati oscuri che sono completamente disaccoppiati dall’ambiente”, afferma Kirchmair, che è anche professore di fisica sperimentale all’Università di Innsbruck. “Con un trucco, ora siamo riusciti a trovare l’accesso a questi stati oscuri”.

Il suo team ha costruito quattro bit quantistici superconduttori in una guida d’onda a microonde e ha collegato le linee di controllo tramite due ingressi laterali. Usando la radiazione a microonde attraverso questi fili, gli stati oscuri possono essere manipolati. Insieme, i quattro circuiti superconduttori formano un robusto bit quantistico con un tempo di memorizzazione circa 500 volte più lungo di quello dei singoli circuiti. Più stati oscuri esistono contemporaneamente in questo bit quantistico, che può essere utilizzato per la simulazione quantistica e l’elaborazione delle informazioni quantistiche. “In linea di principio, questo sistema può essere esteso arbitrariamente”, afferma Matti Silveri dell’Unità di ricerca sui sistemi nano e molecolari dell’Università di Oulu, in Finlandia.

L’esperimento riuscito costituisce il punto di partenza per ulteriori indagini sugli stati oscuri e le loro possibili applicazioni. Per il momento, questi sono principalmente nel campo della ricerca fondamentale, dove ci sono ancora molte questioni aperte riguardo alle proprietà di tali sistemi quantistici.

Il concetto sviluppato dai fisici di Innsbruck per controllare gli stati oscuri può in linea di principio essere implementato non solo con bit quantistici superconduttori, ma anche su altre piattaforme tecnologiche. “I circuiti che utilizziamo, che funzionano come atomi artificiali, presentano vantaggi rispetto agli atomi reali, che sono molto più difficili da accoppiare fortemente a una guida d’onda”, sottolinea Gerhard Kirchmair.

Fisica della natura ha pubblicato i risultati nel suo numero attuale.


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Maggiori informazioni:
Maximilian Zanner, Controllo coerente di uno stato oscuro multi-qubit nell’elettrodinamica quantistica in guida d’onda, Fisica della natura (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01527-w

Fornito dall’Università di Innsbruck

Citazione: Manipolazione degli stati oscuri dei circuiti superconduttori in una guida d’onda a microonde (2022, 14 marzo) recuperato il 15 marzo 2022 da https://phys.org/news/2022-03-dark-states-superconducting-circuits-microwave.html

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