Российские физики создали первый в мире квантовый метаматериал

20 С-образных кубитов по обеим сторонам резонатора, электронная микрофотография
Изображение: Pascal Macha et al., 2013, arXiv:1309.5268

Российско-германская группа физиков под руководством Алексея Устинова создала первый в мире квантовый метаматериал на основе твердотельных сверхпроводящих кубитов. Его описание появилось в виде препринта в архиве Корнельского университета, о работе также пишет блог Technology Review.

Основой устройства стали 20 C-образных разорванных алюминиевых колец, охлажденных до температуры в несколько десятков милликельвин. Такие кольца обычно используются физиками в роли кубитов, — устройств, способных подобно атомам хранить квантовую информацию.

В новом устройстве 20 таких метаатомов были объединены в квантовую систему благодаря тому, что все они находились в непосредственной близости друг от друга и микроволнового резонатора. Это резко усилило взаимодействие отдельных кубитов между собой, что экспериментально проявлялось в виде небольшого, но заметного изменения фазы поглощаемых и переиспускаемых фотонов.

Микроволновые резонаторы, подобные использованному в работе авторов, обычно применяются для создания метаматериалов — устройств, в которых манипуляция структурой в масштабе значительно меньше длины волны позволяет получить необычные макроскопические свойства. Показано, например, что из таких резонаторов можно создать плащи-невидимки для микроволнового излучения, аналоги черных дыр или линзы с экзотическими свойствами.

До сих пор, однако, все такие материалы создавались из классических резонаторов, которые не обладают квантовыми свойствами. Как Алексей Устинов ранее пояснил в разговоре с «Лентой.ру», квантовые метаматериалы отличаются от классических прежде всего гораздо большей силой взаимодействия кубитов с электромагнитным полем и отсутствием потерь за счет сопротивления: «вся наука, которая создана для атомной физики и квантовой оптики, здесь применяется только лишь частично, потому что при очень сильном взаимодействии возникает совершенно другая, новая физика».

По словам авторов, квантовые метаматериалы могут быть использованы для создания детекторов одиночных микроволновых фотонов, переключателей фазы и большого количества других устройств.