Результаты представлены в статье "Сверхсильная связь одиночного искусственного атома с электромагнитным континуумом в непертурбативном режиме", опубликованной в Nature Physics.
«Мы даем возможность исследовать взаимодействия света и материи в новой области квантовой оптики», – сказал Пол Форн-Диаз, научный сотрудник IQC и ведущий автор статьи. «Возможности впечатляют, потому что наша схема потенциально может действовать как квантовый симулятор для изучения других интересных квантовых систем в природе."
Сверхсильная связь между фотонами и кубитами может привести к исследованию новой физики, связанной с биологическими процессами, экзотическими материалами, такими как высокотемпературные сверхпроводники, и даже релятивистской физикой.
Для проведения эксперимента исследователи изготовили алюминиевые схемы в Quantum NanoFab Университета Ватерлоо, а затем охладили их в холодильниках с разбавлением до температуры всего на один процент градуса выше абсолютного нуля. Цепи становятся сверхпроводящими при таких низких температурах, что означает, что они могут нести ток без сопротивления или с потерей энергии.
Эти алюминиевые цепи, известные как сверхпроводящие кубиты, подчиняются законам квантовой механики и могут вести себя как искусственные атомы.
Чтобы контролировать квантовое состояние сверхпроводящей цепи, исследователи отправляли фотоны с помощью микроволновых импульсов в сверхпроводящую цепь и прикладывали небольшое магнитное поле через катушку внутри холодильника разбавления. Измеряя передачу фотонов, исследователи могли определить резонанс кубита, на что указывает отражение фотонов от кубита.
Обычно резонанс кубита сосредоточен вокруг очень узкого диапазона частот.
«Мы измерили диапазон частот шире, чем сама частота кубита», – сказал Форн-Диаз. "Это означает, что между кубитом и фотонами существует очень сильное взаимодействие. Он настолько силен, что кубит видит большую часть фотонов, распространяющихся по контуру, что является отличительным признаком сверхсильной связи в открытой системе."