Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Микроэлектроника

Квантовые операции на зарядовых кубитах с электростатическим управлением в полупроводниковых резонаторах

А. В. Цуканов, И. Ю. Катеев

Published Jan 1, 2013• 2 citations
Publisher

Abstract

Рассматриваются одно- и двухкубитные операции на зарядовых кубитах, представляющих собой двойные квантовые точки с одним электроном в каждой. Точки формируются внутри высокодобротного полупроводникового резонатора (диска, тороида или сферы) в пучностях одной из его собственных оптических мод, а частоты переходов между основными (логическими) и возбужденным (вспомогательным) состояниями дискретного спектра электрона в квантовых точках близки к частоте данной моды. Точная настройка частоты перехода производится путем подачи на управляющий затвор кубита электрического потенциала. В рамках аналитической модели кубитов, когерентно взаимодействующих с квантовым полем резонатора, разработаны несколько способов управления их состояниями. В частности, предлагаются различные варианты реализации нетривиальных двухкубитных вентилей CNOT и CZ, а также генерации запутанных состояний кубитов. На примере микродискового резонатора был проведен численный расчет его рабочих характеристик, обеспечивающих высокую скорость выполнения квантовых вентилей.

DOI
10.7868/s054412691304008x

Related papers

Квантовые сенсоры электрических полей на основе ридберговских атомов

Атомы в высоковозбужденных ридберговских состояниях с главным квантовым числом n>>1 обладают большими дипольными моментами, которые растут как n 2 с ростом n [1,2].Благодаря этому электрические поляризуемости ридберговских уровней растут как n 7 и на много порядков превышают поляризуемости атомов в низковозбужденных состояниях.Это особенно привлекательно для создания высокочувствительных квантовых сенсоров постоянных и радиочастотных электрических полей, что было отмечено еще в наших самых первых работах по спектроскопии ридберговских атомов Na в атомном пучке [3][4][5].В настоящее время во всех ведущих странах мира ведутся работы по созданию квантовых сенсоров электрических полей на основе паров атомов щелочных металлов, возбуждаемых в ридберговские состояния в малогабаритных оптических ячейках.При регистрации микроволнового излучения с частотой свыше 1 ГГц используется измерение расщепления одиночного резонанса электромагнитноиндуцированной прозрачности (ЭИП), возникающего при возбуждении атомов в ридберговские состояния [6], на два резонанса за счет динамического эффекта Штарка (эффект Аутлера-Таунса) в поле микроволнового излучения, резонансного переходам между ридберговскими состояниями [7,8].Частоты этих переходов легко варьируются изменением n, так как расстояние между соседними ридберговскими уровнями имеет зависимость n -3 и изменяется от единиц гигагерц для высоких состояний до сотен гигагерц для более низких состояний.Фундаментальная чувствительность регистрации СВЧ-излучения на переходах между ридберговскими состояниями определяется только квантовыми шумами.На основе ридберговских сенсоров могут быть построены как метрологические стандарты измерителей напряженности электрического поля [9], так и высокочувствительные детекторы радиочастотных полей для различных применений [10].В настоящем докладе будет дан краткий обзор состояния дел в мире в области создания квантовых сенсоров постоянных и радиочастотных электрических полей на основе ридберговских атомов.Также будут представлены наши первые экспериментальные результаты по наблюдению резонанса ЭИП в оптической ячейке с атомами Rb, возбуждаемыми по двухфотонной схеме в ридберговское состояние 30S.Работа была поддержана грантом РНФ 23-12-00067 в части двухфотонного лазерного возбуждения ридберговских состояний.

Высшая школа: научные исследования•Sep 1, 2023•0 citations

Перепутывание двух кубитов, взаимодействующих с одномодовым квантовым полем

Евгений Константинович Башкиров, Evgenii Konstantinovich Bashkirov, Михаил Сергеевич Мастюгин +1 more

В настоящей работе исследована динамика системы двух двухуровневых естественных или искусственных атомов, один из которых находится в идеальном резонаторе и взаимодействует с модой одномодового теплового поля, а второй свободно перемещается вне резонатора. Для описания динамики системы нами найдены собственные значения и собственные функции гамильтониана модели. С их помощью получено точное выражение для матрицы плотности в случае чистого начального состояния атомов и теплового состояния поля. Найдена редуцированная атомная матрица плотности. Проведено транспонирование атомной матрицы плотности по переменным одного кубита. С ее помощью рассчитан параметр Переса-Хородецких. Проведено численное моделирование параметра атомного перепутывания для различных начальных чистых состояний атомов и среднего числа фотонов в тепловой моде. Найдено, что тепловое поле может индуцировать высокую степень перепутывания кубитов в рассматриваемой модели. При этом имеется возможность управления и контроля за степенью перепутывания за счет изменения интенсивности диполь-дипольного взаимодействия кубитов и температуры резонатора. Показано, что максимальная степень перепутывания кубитов достигается для состояния, в котором возбужден только один из атомов.

Вестник Самарского государственного технического университета Серия Физико-математические науки•Jan 1, 2015•1 citation

Динамика точно решаемой нелинейной модели квантовой электродинамики резонаторов

Eugene K. Bashkirov, Evgenii Konstantinovich Bashkirov

Рассмотрена система, состоящая из двух идентичных искусственных атомов (кубитов), нерезонансно взаимодействующих посредством вырожденных двухфотонных переходов с модой теплового квантового поля идеального микроволнового резонатора при наличии керровской нелинейности. Для рассматриваемой модели получено точное решение квантового уравнения Лиувилля для полной матрицы плотности системы «два кубита + мода поля резонатора». Для решения квантового уравнения эволюции использовано представление «одетых» состояний, то есть собственных функций гамильтониана. Найден полный набор «одетых» состояний рассматриваемой модели. С его помощью первоначально найдено решение уравнения эволюции для перепутанных начальных состояний кубитов и фоковских состояний поля резонатора, то есть состояний с определенным числом фотонов в резонаторной моде. Указанное решение использовано для построения точного решения квантового уравнения Лиувилля в случае теплового состояния поля резонатора. Усреднением полной матрицы плотности по переменным поля резонатора найдена редуцированная матрица плотности двух кубитов. Двухкубитная матрица плотности использована для вычисления параметра перепутывания кубитов в аналитическом виде для двух типов начальных перепутанных состояний кубитов белловского типа. В качестве количественного критерия перепутывания кубитов выбран параметр Переса-Хородецких, или отрицательность. Проведено численное моделирование временной зависимости параметра перепутывания кубитов для различных параметров модели и начальных состояний кубитов. Наиболее интересным представляется результат, заключающийся в том, что для некоторых параметров модели учет керровской нелинейности приводит к существенной стабилизации начального перепутывания кубитов, а также к исчезновению эффекта мгновенной смерти перепутывания.

Вестник Самарского государственного технического университета Серия Физико-математические науки•Jan 1, 2023•0 citations

Обучение квантовых рекуррентных нейронных сетей на джозефсоновской интегральной схеме

S. S. Samarin, Aleksei Tolstobrov, S.V. Sandulanu +14 more

Данная работа посвящена решению задачи обработки числовых последовательностей при помощи вариационных квантовых алгоритмов, реализуемых на шумном квантовом компьютере среднего масштаба. Платформой для квантовых вычислений является интегральная схема на основе сверхпроводящих искусственных атомов. Архитектура квантовой рекуррентной нейронной сети сконструирована с использованием одно- и двухкубитных операций. На этапе эмулирования была изучена обучаемость модели в зависимости от числа кубитов, а также объема и метода кодирования данных в состояние кубитов. Сравнение с классическими архитектурами показало, что на современных квантовых процессорах возможно достичь качества предсказаний в выбранной задаче машинного обучения, сравнимого с качеством реализуемых на классических процессорах моделей.

ZhETF Pisma Redaktsiiu•Jan 1, 2025•0 citations

Механика времени Теория электронного приближения. Модель затухающих колебаний, основанная на релятивистских эффектах и пространственно-временной обратной связи

Douglas Ruffini

В данном исследовании предлагается новая теоретическая модель для описания поведения электрона в атоме, переосмысливающая классическую задачу его коллапса к ядру посредством затухающих колебаний, управляемых релятивистскими эффектами и пространственно-временной обратной связью. По мере приближения электрона к ядру он испытывает возрастающее ускорение до критической точки, где его скорость приближается к скорости света, что приводит к временному разрыву и последующему изменению направления движения. Этот процесс формализуется с помощью фактора Лоренца с мнимыми значениями, что предполагает переход между квантовыми состояниями, а не истинную сверхсветовую скорость. Модель подкрепляется математическим анализом, основанным на экспоненциальном затухании энергии и постоянной времени RC, который показывает связь с принципом неопределенности Гейзенберга и временными масштабами квантовых процессов. Цикл спуска-подъема электрона вводит концепцию пространственно-временной памяти с механизмом пересчета координат, гарантирующим стабильность атома. Результаты показывают, что квантование энергии может возникать как макроскопический эффект осциллирующей динамической системы и что абсолютное пространство-время играет ключевую роль в поддержании временной когерентности. Этот подход предлагает инновационную перспективу на стабильность атома, объединяя классическую механику, теорию относительности и квантовую механику посредством новой интерпретации энергетических переходов и структуры пространства-времени.

•Jan 1, 2026•0 citations

Туннельные сверхпроводниковые переходы для криогенной системы мультиплексирования

Anton A. Artanov, К. В. Калашников, В. П. Кошелец +1 more

Исследована возможность использования туннельных переходов сверхпроводник–изолятор– сверхпроводник (СИС) в системе мультиплексирования для задания переменного тока через мас- сивы детекторов на краю сверхпроводящего перехода и считывания принимаемого сигнала, а также для задания постоянного тока через массивы сверхпроводящих квантовых интерферометров. Экс- периментально изучена работа СИС-преобразователя частоты при относительно низких рабочих частотах (менее 10 ГГц). Реализованы различные режимы работы; потери преобразования в квази- частичном режиме составили 8 дБ, мощность насыщения по выходу составляет –58 дБм. Показана возможность повышения одновременно нескольких частот входного сигнала. Продемонстрирова- на возможность использования СИС-перехода в режиме источника тока, управляемого внешним высокочастотным сигналом.

Радиотехника и электроника•Jan 1, 2016•0 citations
Рассматриваются одно- и двухкубитные операции на зарядовых кубитах, представляющих собой двойные квантовые точки с одним электроном в каждой. Точки формируются внутри высокодобротного полупроводникового резонатора (диска, тороида или сферы) в пучностях одной из его собственных оптических мод, а частоты переходов между основными (логическими) и возбужденным (вспомогательным) состояниями дискретного спектра электрона в квантовых точках близки к частоте данной моды. Точная настройка частоты перехода производится путем подачи на управляющий затвор кубита электрического потенциала. В рамках аналитической модели кубитов, когерентно взаимодействующих с квантовым полем резонатора, разработаны несколько способов управления их состояниями. В частности, предлагаются различные варианты реализации нетривиальных двухкубитных вентилей CNOT и CZ, а также генерации запутанных состояний кубитов. На примере микродискового резонатора был проведен численный расчет его рабочих характеристик, обеспечивающих высокую скорость выполнения квантовых вентилей.
Атомы в высоковозбужденных ридберговских состояниях с главным квантовым числом n>>1 обладают большими дипольными моментами, которые растут как n 2 с ростом n [1,2].Благодаря этому электрические поляризуемости ридберговских уровней растут как n 7 и на много порядков превышают поляризуемости атомов в низковозбужденных состояниях.Это особенно привлекательно для создания высокочувствительных квантовых сенсоров постоянных и радиочастотных электрических полей, что было отмечено еще в наших самых первых работах по спектроскопии ридберговских атомов Na в атомном пучке [3][4][5].В настоящее время во всех ведущих странах мира ведутся работы по созданию квантовых сенсоров электрических полей на основе паров атомов щелочных металлов, возбуждаемых в ридберговские состояния в малогабаритных оптических ячейках.При регистрации микроволнового излучения с частотой свыше 1 ГГц используется измерение расщепления одиночного резонанса электромагнитноиндуцированной прозрачности (ЭИП), возникающего при возбуждении атомов в ридберговские состояния [6], на два резонанса за счет динамического эффекта Штарка (эффект Аутлера-Таунса) в поле микроволнового излучения, резонансного переходам между ридберговскими состояниями [7,8].Частоты этих переходов легко варьируются изменением n, так как расстояние между соседними ридберговскими уровнями имеет зависимость n -3 и изменяется от единиц гигагерц для высоких состояний до сотен гигагерц для более низких состояний.Фундаментальная чувствительность регистрации СВЧ-излучения на переходах между ридберговскими состояниями определяется только квантовыми шумами.На основе ридберговских сенсоров могут быть построены как метрологические стандарты измерителей напряженности электрического поля [9], так и высокочувствительные детекторы радиочастотных полей для различных применений [10].В настоящем докладе будет дан краткий обзор состояния дел в мире в области создания квантовых сенсоров постоянных и радиочастотных электрических полей на основе ридберговских атомов.Также будут представлены наши первые экспериментальные результаты по наблюдению резонанса ЭИП в оптической ячейке с атомами Rb, возбуждаемыми по двухфотонной схеме в ридберговское состояние 30S.Работа была поддержана грантом РНФ 23-12-00067 в части двухфотонного лазерного возбуждения ридберговских состояний.
В настоящей работе исследована динамика системы двух двухуровневых естественных или искусственных атомов, один из которых находится в идеальном резонаторе и взаимодействует с модой одномодового теплового поля, а второй свободно перемещается вне резонатора. Для описания динамики системы нами найдены собственные значения и собственные функции гамильтониана модели. С их помощью получено точное выражение для матрицы плотности в случае чистого начального состояния атомов и теплового состояния поля. Найдена редуцированная атомная матрица плотности. Проведено транспонирование атомной матрицы плотности по переменным одного кубита. С ее помощью рассчитан параметр Переса-Хородецких. Проведено численное моделирование параметра атомного перепутывания для различных начальных чистых состояний атомов и среднего числа фотонов в тепловой моде. Найдено, что тепловое поле может индуцировать высокую степень перепутывания кубитов в рассматриваемой модели. При этом имеется возможность управления и контроля за степенью перепутывания за счет изменения интенсивности диполь-дипольного взаимодействия кубитов и температуры резонатора. Показано, что максимальная степень перепутывания кубитов достигается для состояния, в котором возбужден только один из атомов.
Рассмотрена система, состоящая из двух идентичных искусственных атомов (кубитов), нерезонансно взаимодействующих посредством вырожденных двухфотонных переходов с модой теплового квантового поля идеального микроволнового резонатора при наличии керровской нелинейности. Для рассматриваемой модели получено точное решение квантового уравнения Лиувилля для полной матрицы плотности системы «два кубита + мода поля резонатора». Для решения квантового уравнения эволюции использовано представление «одетых» состояний, то есть собственных функций гамильтониана. Найден полный набор «одетых» состояний рассматриваемой модели. С его помощью первоначально найдено решение уравнения эволюции для перепутанных начальных состояний кубитов и фоковских состояний поля резонатора, то есть состояний с определенным числом фотонов в резонаторной моде. Указанное решение использовано для построения точного решения квантового уравнения Лиувилля в случае теплового состояния поля резонатора. Усреднением полной матрицы плотности по переменным поля резонатора найдена редуцированная матрица плотности двух кубитов. Двухкубитная матрица плотности использована для вычисления параметра перепутывания кубитов в аналитическом виде для двух типов начальных перепутанных состояний кубитов белловского типа. В качестве количественного критерия перепутывания кубитов выбран параметр Переса-Хородецких, или отрицательность. Проведено численное моделирование временной зависимости параметра перепутывания кубитов для различных параметров модели и начальных состояний кубитов. Наиболее интересным представляется результат, заключающийся в том, что для некоторых параметров модели учет керровской нелинейности приводит к существенной стабилизации начального перепутывания кубитов, а также к исчезновению эффекта мгновенной смерти перепутывания.
Данная работа посвящена решению задачи обработки числовых последовательностей при помощи вариационных квантовых алгоритмов, реализуемых на шумном квантовом компьютере среднего масштаба. Платформой для квантовых вычислений является интегральная схема на основе сверхпроводящих искусственных атомов. Архитектура квантовой рекуррентной нейронной сети сконструирована с использованием одно- и двухкубитных операций. На этапе эмулирования была изучена обучаемость модели в зависимости от числа кубитов, а также объема и метода кодирования данных в состояние кубитов. Сравнение с классическими архитектурами показало, что на современных квантовых процессорах возможно достичь качества предсказаний в выбранной задаче машинного обучения, сравнимого с качеством реализуемых на классических процессорах моделей.
В данном исследовании предлагается новая теоретическая модель для описания поведения электрона в атоме, переосмысливающая классическую задачу его коллапса к ядру посредством затухающих колебаний, управляемых релятивистскими эффектами и пространственно-временной обратной связью. По мере приближения электрона к ядру он испытывает возрастающее ускорение до критической точки, где его скорость приближается к скорости света, что приводит к временному разрыву и последующему изменению направления движения. Этот процесс формализуется с помощью фактора Лоренца с мнимыми значениями, что предполагает переход между квантовыми состояниями, а не истинную сверхсветовую скорость. Модель подкрепляется математическим анализом, основанным на экспоненциальном затухании энергии и постоянной времени RC, который показывает связь с принципом неопределенности Гейзенберга и временными масштабами квантовых процессов. Цикл спуска-подъема электрона вводит концепцию пространственно-временной памяти с механизмом пересчета координат, гарантирующим стабильность атома. Результаты показывают, что квантование энергии может возникать как макроскопический эффект осциллирующей динамической системы и что абсолютное пространство-время играет ключевую роль в поддержании временной когерентности. Этот подход предлагает инновационную перспективу на стабильность атома, объединяя классическую механику, теорию относительности и квантовую механику посредством новой интерпретации энергетических переходов и структуры пространства-времени.
Исследована возможность использования туннельных переходов сверхпроводник–изолятор– сверхпроводник (СИС) в системе мультиплексирования для задания переменного тока через мас- сивы детекторов на краю сверхпроводящего перехода и считывания принимаемого сигнала, а также для задания постоянного тока через массивы сверхпроводящих квантовых интерферометров. Экс- периментально изучена работа СИС-преобразователя частоты при относительно низких рабочих частотах (менее 10 ГГц). Реализованы различные режимы работы; потери преобразования в квази- частичном режиме составили 8 дБ, мощность насыщения по выходу составляет –58 дБм. Показана возможность повышения одновременно нескольких частот входного сигнала. Продемонстрирова- на возможность использования СИС-перехода в режиме источника тока, управляемого внешним высокочастотным сигналом.