Американские и японские физики построили схему, в которой функцию трёх напёрстков выполняли резонаторы, а роль исчезающего шарика играл одиночный микроволновый фотон. Манипулировавший им исследователь, вопреки «традициям» напёрсточной игры, не использовал никакого шулерства. Если не считать за таковое фокусы квантовой механики.

Рис. 1. Небольшой кусочек необычной
квантовой системы. Пояснения в тексте
(фото Matteo Mariantoni, A. N. Cleland/Nature
Physics).

Испытанная учёными система — первый пример «когерентного контроля над мультирезонаторной архитектурой», — рассказывают создатели новинки в пресс-релизе Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB).

В своей статье в Nature Physics изобретатели прибора объясняют, что смогли показать когерентный перенос фотонов между двумя и более резонаторами, связанными между собой через сверхпроводящие фазовые кубиты.

Переброска фотонов с сохранением квантово-механического состояния окажется полезна при построении квантового компьютера. Квантовые напёрстки в таком случае послужат не обману наблюдателя, а процессу вычислений. Потому создатели схемы назвали её вехой в конструировании масштабных квантовых регистров и новым измерением в микроволновой фотонике, реализованной на чипе.

Кроме игры в напёрстки учёные заставили свою схему превратиться и в ханойскую башню — головоломку, в которой имеется три вертикальных шеста и набор колец разного диаметра.

Рис. 2. Общий вид схемы. Два тёмных квадратика в центре – кубиты. Они связаны с тремя микроволновыми резонаторами (извивающиеся линии). Размер последних – несколько миллиметров в длину (фото Erik Lucero, Matteo Mariantoni, Dario Mariantoni).

В начале игры все они находятся на первом стержне, а в конце должны быть перенесены на третий. При этом за один ход нельзя передвигать больше одного кольца, и никогда нельзя класть большее кольцо на меньшее.

В японо-американской схеме роль разнокалиберных колечек сыграли кванты света с разной энергией, а функцию стержней выполнили, очевидно, всё те же три резонатора.

«Эта игра показывает, что настоящие бозонные возбуждения могут быть перетасованы между резонаторами — интересный пример квантово-механической природы света», — заявил одни из участников опыта Маттео Мариантони (Matteo Mariantoni) из UCSB.

Детальнее фрагмент схемы с кубитом Q1 и «хвостами» резонаторов Ra и Rb показан на фото под заголовком. C1a и C1b — конденсаторы, d.c.SQUID — элемент, считывающий состояние кубита.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Matteo Mariantoni, H. Wang, Radoslaw C. Bialczak, M. Lenander et. al. Photon shell game in three-resonator circuit quantum electrodynamics. – Nature Physics. – 2011. – Published online 30 January 2011; doi:10.1038/nphys1885.