Российские физики впервые построили квантовую модель для описания оптомеханического взаимодействия кубитов в резонаторе и показали возможность возникновения PT-симметрии. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

На основе квантовой электродинамики, которая описывает взаимодействие квантовых систем с фотонами, строится взаимодействие кубитов в квантовом компьютере. Однако, использование только электромагнитного взаимодействия, сильно ограничивает контроль кубитов. Оптомеханика позволяет создавать сильное взаимодействие между квантовомеханическими системами. Из-за затруднительного теоретического описания и сложной физической реализации подобных систем оптомеханика остается мало изученной в контексте создания взаимодействия между кубитами.

Группа ученных из физико-технического университета имени Иоффе и Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики под руководством Александра Поддубного описала систему двух механических кубитов помещенных в оптическую ловушку и показали возможность возникновения PT-симметрии.

В качестве рассматриваемой модели исследователи числено изучили гармонические оптические ловушки, в каждую из которых был помещен кубит. Такие ловушки могут быть реализованы, например, в системе холодных атомов лития. Для простоты модели физики рассматривали однофотонные возбуждения в системе двух кубитов и обнаружили, что описание динамики системы можно свести к симметричным и антисимметричным суперпозициям возбуждений кубитов. Такой подход позволил построить первую квантовомеханическую модель для оптомеханической системы.

Также ученые показали, что взаимодействие между кубитами можно варьировать и при определенном значении может возникать PT-симметрия, которая выражается в том, что оптические и механические моды имеет одинаковый уровень распада. При нарушении симметрии, распад одной из мод становится подавлен. Это дает дополнительный контроль над системой, что теоретически позволит намного лучше управлять кубитами в процессе сложной квантовой динамики, например, при квантовых вычислениях.