Способ контроля квантового состояния поляритонного кубита Российский патент 2024 года по МПК G06N10/40 G06N99/00 G06E3/00 

Изобретение относится к области квантовых технологий. Реализуемый способ может быть использован для создания квантовых логических элементов и квантовых вычислений на поляритонной платформе.

Наиболее близким решением является Способ определения состояния кубита (патент RU 2538296 С2, опубликованное 10.01.2015). Данный способ, основан на считывании кубита в нескольких различных измерительных базисах, включающий воздействие на кубит электромагнитным излучением на переходах между уровнями кубита и некоторым вспомогательным уровнем. Для считывания кубита в требуемом измерительном базисе на кубит воздействуют бихроматическим излучением, спектральные компоненты которого резонансны переходам с уровней кубита на вспомогательный уровень, интенсивности и фазы спектральных компонент бихроматического излучения задают так, чтобы выделить требуемый для считывания кубита измерительный базис. Результат считывания определяют, регистрируя возбуждение кубита на вспомогательный уровень.

Задачей изобретения является создание простого, не требующего сложных конструкций и большого количества элементов, оптического способа контроля квантовых состояний.

Техническим результатом является реализация возможности оптического контроля квантовых состояний поляритонного кубита и управления ими.

Технический результат обеспечивается за счет селективной модуляции времени жизни поляритонов в различных энергетических состояниях поляритонного кубита. Модуляция осуществляется благодаря интерференции волновой функции конденсата со светом, излученным конденсатом и возвращенным в систему при помощи внешнего зеркала, укрепленного на линии задержки после расщепляющей призмы. Свет, возвращенный в конденсат, может либо увеличивать, либо уменьшать скорость излучения света данной поляритонной моды в зависимости от оптической длины пройденного им пути. Мода с наименьшими потерями будет преимущественно заселяться поляритонами.

На фигуре 1. Представлена принципиальная схема способа контроля где:

На чертежах обозначены:

1 - поляритонный конденсат;

2 - расщепляющая призма;

3 - внешнее зеркало;

4 - оптическая линия задержки;

5 - детектор излучения.

Определение и контроль квантовых состояний поляритонных кубитов является важной задачей для многих исследователей. Задача определения текущего квантового состояния некоторой выделенной двухуровневой системы лежит в основе всех квантовых вычислений и квантовых симуляций. Квантовая механика постулирует разрушение квантового состояний при любом воздействии на систему в процессе считывания. Однако, работая с многочастичными квантовыми системами в режиме weak-measurements, удается обойти проблему разрушения текущего квантового состояния поляритонного конденсата.

Созданный нерезонансной оптической накачкой кольцевой формы в планарном полупроводниковом А₃В₅ микрорезонаторе поляритонный конденсат 1 от образца распространяет электромагнитное излучение (свет) - поляритонный лазер в направлении установленного на оптической линии задержки 4 внешнего зеркала 3. Часть электромагнитного излучения (света), проходя через расщепляющую призму 2, попадает в оптическую линию задержки 4 и отражается от внешнего зеркала 3 в обратном направлении. Излучение, отраженное от внешнего зеркала 3, возвращается в поляритонный конденсат 1 и благодаря интерференции волновой функции поляритонного конденсата 1 с излучением от внешнего зеркала 3, происходит селективная модуляция времени жизни поляритонов. Изменение длины оптической линии задержки 4 позволяет увеличивать или уменьшать скорость излучения света данной поляритонной моды, в зависимости от оптической длины пройденного излучением (светом) пути, при этом мода с наименьшими потерями будет заселяться поляритонами (увеличение оптической линии задержки 4 приводит к периодической вариации скорости излучения моды в соответствии с синусоидальным законом. Это позволяет максимизировать время жизни той моды, в которой создается поляритонный конденсат 1).

Часть излучения отклоняется расщепляющей призмой 2 и попадает на детектор излучения 5, который фиксирует спектральные выходные характеристики излучения, по которым определяется значение квантового состояния поляритонного кубита.

Представленный способ позволяет реализовать контроль квантовых состояний поляритонного кубита, за счет селективной модуляции времени жизни поляритонов в различных энергетических состояниях поляритонного кубита. И как показано выше не требует большого количества элементов, оптических компонентов для его реализации.

Изобретение относится к области квантовых технологий. Реализуемый способ может быть использован для создания квантовых логических элементов и квантовых вычислений на поляритонной платформе. Способ контроля квантового состояния поляритонного кубита заключается в селективной модуляции времени жизни поляритонов в энергетических состояниях, которая осуществляется благодаря интерференции волновой функции конденсата со светом, который излучается конденсатом и возвращается в систему при помощи внешнего зеркала, внедренного в линию задержки после расщепляющей призмы, при этом изменение длины оптической задержки увеличивает или уменьшает скорость излучения света поляритонной моды, в зависимости от оптической длины пройденного им пути, при этом мода с наименьшими потерями будет заселяться поляритонами, а спектральные характеристики излучения, отклоненного расщепляющей призмой, определяют значение квантового состояния поляритонного кубита. Техническим результатом является реализация возможности оптического достоверного контроля квантовых состояний поляритонного кубита и управления ими. 1 ил.

Способ контроля квантового состояния поляритонного кубита заключается в селективной модуляции времени жизни поляритонов в энергетических состояниях, которая осуществляется благодаря интерференции волновой функции конденсата со светом, который излучается конденсатом и возвращается в систему при помощи внешнего зеркала, внедренного в линию задержки после расщепляющей призмы, при этом изменение длины оптической задержки увеличивает или уменьшает скорость излучения света поляритонной моды, в зависимости от оптической длины пройденного им пути, при этом мода с наименьшими потерями будет заселяться поляритонами, а спектральные характеристики излучения, отклоненного расщепляющей призмой, определяют значение квантового состояния поляритонного кубита.