Совместная исследовательская группа под руководством профессора Йенса Эйсерта из Берлинского университета и Берлинского центра Гельмгольца (HZB) показала способ моделирования квантово-физических свойств сложных твердотельных систем. Это делается с помощью сложных твердотельных систем, которые можно изучать экспериментально. Исследование было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
«Настоящая цель — создать надежный квантовый компьютер, который генерирует стабильные результаты даже при возникновении ошибок и исправляет эти ошибки», — объясняет Йенс Айсерт, профессор Берлинского университета и глава совместной исследовательской группы в HZB. Пока что до разработки надежных квантовых компьютеров еще далеко, потому что квантовые биты чрезвычайно чувствительно реагируют на малейшие колебания параметров окружающей среды.
Но теперь новый подход может обещать успех: два постдока из группы Йенса Эйсерта, Мария Лаура Баез и Марек Глуза подхватили идею Ричарда Фейнмана, блестящего американо-американского физика послевоенного периода. Фейнман предложил использовать реальные системы атомов с их квантово-физическими свойствами для моделирования других квантовых систем. Эти квантовые системы могут состоять из атомов, соединенных вместе, как жемчужины в цепочке, с особыми спиновыми свойствами, но также могут быть ионными ловушками, ридберговскими атомами, сверхпроводящими кубитами или атомами в оптических решетках. Их объединяет то, что их можно создавать и контролировать в лаборатории. Их квантово-физические свойства можно использовать для предсказания поведения других квантовых систем. Но какие квантовые системы были бы хорошими кандидатами? Есть ли способ узнать заранее?
Команда Эйзерта исследовала этот вопрос, используя комбинацию математических и численных методов. Фактически, группа показала, что так называемый динамический структурный фактор таких систем является возможным инструментом, чтобы делать утверждения о других квантовых системах. Этот фактор косвенно отображает поведение спинов или других квантовых величин с течением времени и рассчитывается с помощью преобразования Фурье.
«Эта работа наводит мост между двумя мирами», — объясняет Йенс Айсерт. «С одной стороны, существует Сообщество конденсированных сред, которое изучает квантовые системы и получает от них новые идеи, а с другой — квантовая информатика, которая занимается квантовой информацией. Мы верим, что возможен большой прогресс, если соединить два мира», — говорит ученый.
