Группа ученых лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ «МИСиС» под руководством профессора Георгиоса Цирониса провела теоретическое исследование свойств квантового сверхпроводящего метаматериала с помощью квантовых подходов. Полученные результаты обнаружили новые когерентные режимы взаимодействия электромагнитной волны и квантового сверхпроводящего метаматериала, что, в свою очередь, позволит создавать новые схемы для работы квантовых компьютеров. По результатам работы в журнале ScientificReports, входящем в группу изданий Nature, была опубликована статья «Qubitlatticecoherenceinducedbyelectromagneticpulsesinsuperconductingmetamaterials».

Как отметил заведующий лабораторией «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ «МИСиС» профессор Алексей Устинов, «в своей только что опубликованной теоретической работе Георгиос Циронис и его соавторы Зоран Ивич и Николаос Лазаридис из теоретической группы нашей лаборатории описывают новый, очень необычный и красивый квантовый эффект. Исследуя методом численного моделирования цепочки простейших квантовых объектов – кубитов, имеющих два квантовых состояния, они обнаружили волны нового типа. Оказалось, что волны квантовых возбуждений в таких цепочках распространяются в виде профилей, сохраняющих с течением времени свою форму. Это очень красивый и неожиданный результат, который мы хотели бы обязательно проверить экспериментально, используя цепочки сверхпроводящих кубитов. Предсказанное нашими теоретиками явление может найти новые применения в квантовых схемах и метаматериалах на основе сверхпроводников».

Создание новых сверхпроводящих метаматериалов и исследование их электромагнитных свойств – одна из основных задач, стоящая перед учеными лаборатории сверхпроводящих метаматериалов НИТУ «МИСиС».

Известно, что кубиты эффективно взаимодействуют с электромагнитным полем. Поэтому целью проведенного данного теоретического исследования было изучение новых возможностей управления квантовым сверхпроводящим метаматериалом при пропускании через него электромагнитной волны. Метаматериал представлял собой цепочку кубитов внутри сверхпроводящей линии передач.

Использование квантовых подходов к описанию сверхпроводящего метаматериала привело к обнаружению квантовых когерентных эффектов.

Результаты показали, что при воздействии электромагнитного излучения на протяженную периодическую цепочку кубитов возникают интересные физические явления – самоиндуцированная прозрачность и сверхизлучение, – которые позволяют управлять скоростью распространения волны по квантовому метаматериалу. Также было показано, что эти явления сопровождаются появлением волны нового типа – когерентного импульса населенностей квантовых уровней, на которых находятся кубиты.

Исследователи полагают, что экспериментальное подтверждение обнаруженных эффектов приведет к важным продвижениям в области квантовых вычислений, в частности, для создания новых схем, которые можно использовать в работе квантовых компьютеров.

«Лаборатория сверхпроводящих метаматериалов под руководством профессора Алексея Устинова создана в НИТУ «МИСиС» в ноябре 2011 года в рамках мегагранта Правительства РФ. Сегодня она является одним из ведущих научно-исследовательских центров России в области изучения теоретических и прикладных особенностей метаматериалов,– отметила ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова. – В 2013 году ученые лаборатории совместно с коллегами из Российского квантового центра впервые в России измерили кубит. А в 2015 году этой же группой исследователей, совместно с коллегами из РКЦ, МФТИ и Института физики твердого тела РАН, был создан первый российский сверхпроводящий кубит, необходимый для производства квантового компьютера».

Справка о НИТУ «МИСиС»

НИТУ «МИСиС»– это один из наиболее динамично развивающихся научно-образовательных центров страны. Находясь в числе лидеров технологического образования России, НИТУ «МИСиС» также представляет собой полноценный научный центр. В 2015 году университет вошел в рейтинг лучших университетов мира THE World University Rankings и укрепил свои позиции в образовательном рейтинге QS World University Rankings. В 2016 году НИТУ «МИСиС», единственный из российских вузов стал участником рейтинга THE 20 World’sBestSmallUniversitiesRanking, а также продолжил динамичный рост в региональных рейтингах QS.

Стратегическая цель НИТУ «МИСиС» к 2020 году стать глобальным лидером по направлениям специализации:  материаловедение, металлургия и горное дело, а также существенно укрепить свои позиции в сфере биоматериалов, нано- и ИТ-технологий. В состав университета входит 9 институтов, 4 филиала – три в России и один за рубежом. В НИТУ «МИСиС» обучаются более 15000 студентов. В университете действуют 27 лабораторий и 3 инжиниринговых центра мирового уровня, в которых работают ведущие международные ученые. НИТУ «МИСиС» успешно реализует совместные проекты с крупнейшими российскими и зарубежными высокотехнологичными компаниями.