Новости физики в Интернете


Магнитосопротивление сверхпроводника-купрата в нормальной фазе

Свойства высокотемпературных сверхпроводников-купратов в их нормальной несверхпроводящей фазе вблизи точки сверхпроводящего перехода могут пролить свет на механизм высокотемпературной сверхпроводимости и поэтому представляют большой интерес. Для исследования этого состояния сверхпроводимость купрата искусственно подавляется с помощью сильного магнитного поля. При этом возникает так называемая «странная металлическая фаза» с линейной зависимостью магнитосопротивления от температуры. Однако влияние используемого магнитного поля на эту фазу пока изучено недостаточно. P. Giraldo-Gallo (Университет штата Флорида, США) и др. исследовали тонкие пленки La2-xSrxCuO4 в магнитных полях до 80 Тл и обнаружили, что их удельное сопротивление линейно растёт с величиной поля, в отличие от квадратичной зависимости, наблюдаемой в обычных металлах. Указанное поведение имеет место при параметре легирования, меньшем, чем его критическая величина p ≈ 0,19. Наблюдаемая двойная линейная зависимость от температуры и магнитного поля пока не имеет полного теоретического объяснения, но может свидетельствовать о том, что электрический ток в «странной металлической фазе» переносится не свободными квазичастицами, а по какому-то иному механизму. Источник: Science 361 479 (2018)

Кубиты на основе геометрической фазы

Геометрическая фаза, называемая также фазой Берри (см. УФН 160 1 (1990) и УФН 163 1 (1993)), является перспективным эффектом, с использованием которого может быть создана элементная база для квантовых вычислений и квантовой коммуникации. Кубиты на основе геометрической фазы уже были ранее продемонстрированы, однако они имели низкую квантовую точность (fidelity). K. Nagata (Йокогамский государственный университет, Япония) и др. смогли повысить квантовую точность, реализовав кубит на вырожденном подпространстве в гильбертовом пространстве триплетного состояния. Их система представляет собой NV-центр в алмазе, в котором спины ядра и электрона взаимодействуют с электромагнитным полем, создаваемым двумя перекрещенными проволочками. Устройство функционирует при комнатной температуре без внешнего магнитного поля. Поляризованное радиоизлучение, создаваемое проволочками, определенным образом взаимодействует со спиновыми состояниями NV-центра, которые затем считываются путём регистрации фотонов флуоресцентного излучения. В эксперименте продемонстрирован как единичный кубит, так и система из двух связанных кубитов, образованных квантово запутанными спинами электрона и ядра в NV-центре, причём в этом случае квантовая точность достигала 90 %. Источник: Nature Communications 9 3227 (2018)

Статистика квазичастиц в экситон-поляритонном конденсате

Экспериментальное исследование статистики частиц в квантовых конденсатах ранее выполнялось для фотонов в лазерном свете и в сверхпроводящих кубитах, а также для массивных частиц (атомов) в бозе-эйнштейновском конденсате. В последнем случае на форму распределение заметное влияние оказывают взаимодействия атомов. Однако до сих пор подобные исследования не были выполнены для квазичастиц, которые являются комбинацией фотонов и массивных частиц. M. Klaas (Вюрцбургский университет, Германия) и др. впервые измерили распределение числа фотонов, спонтанно испускаемых бозе-эйнштейновским конденсатом экситонных поляритонов. Эти квазичастицы, состоящие из фотонов и электрон-дырочных пар, генерировались в полости микронного размера в полупроводнике под действием света накачки. Применялись сенсоры на сверхпроводящем переходе (transition edge sensor), позволяющие регистрировать единичные фотоны, а по распределению фотонов делалось заключение о статистике квазичастиц конденсата. После образования конденсата при дальнейшем увеличении мощности накачки наблюдался переход конденсата от теплового состояния с экспоненциальным распределением числа частиц к когерентному состоянию с пуассоновским распределением. По своим статистическим свойствам конденсат экситонных поляритонов оказался ближе к лазерному свету, чем к конденсату атомов. Источник: Phys. Rev. Lett. 121 047401 (2018)

Квантовая синхронизация

Синхронизация периодических процессов чаще всего осуществляется подстройкой фазы колебания с помощью внешнего сигнала. В последние годы эта концепция синхронизации была переформулирована и для квантовой области. Исследователи из Базельского университета (Швейцария) A. Roulet и C. Bruder в своей теоретической работе исследовали условия, необходимые для синхронизации квантовых систем. Из соображений симметрии было показано, что минимальные системы — кубиты, имеющие два уровня энергии, не могут быть синхронизированы с внешним сигналом из-за отсутствия предельного цикла на сфере Блоха, на которой изображается гильбертово пространство кубита. Следующей по сложности является трёхуровневая система, которую можно представить частицей со спином S=1. Для её исследования был введен набор когерентных спиновых состояний, дающий расширение сферы Блоха на случай S>1/2. A. Roulet и C. Bruder рассмотрели вариант, когда имеется диссипация энергии из состояний с проекциями спина Sz=±1 в состояние Sz=0. Исследование фазового портрета такой системы показало, что захват фазы и синхронизация возможны, если коэффициенты диссипации в состояниях Sz=±1 различаются по величине. Таким образом, квантовому осциллятору требуются по меньшей мере три уровня энергии для синхронизации с периодическим сигналом. Источник: Phys. Rev. Lett. 121 053601 (2018)

Релятивистские эффекты в движении звезды S2

В центре Галактики наблюдается несколько звёзд, которые подходят близко к сверхмассивной чёрной дыре Sgr A*, разгоняясь в перицентре до больших скоростей. С 1990-х годов ведётся мониторинг звезды S2, которая за это время сделала уже более одного оборота вокруг Sgr A*. Коллаборация GRAVITY, используя данные наблюдений телескопов VLT в Чили, полученные, в частности, при последнем прохождении перицентра, впервые обнаружила в движении звезды S2 эффекты теории относительности: гравитационное красное смещение и поперечный релятивистский эффект Доплера, причём одна только ньютоновская теория не может объяснить данные наблюдений. Ожидается, что в ближайшие годы удастся заметить и релятивистскую прецессию орбиты звезды S2, предсказываемую Общей теорией относительности. Источник: Astron. & Astrophys. 615 L15 (2018)


Новости не опубликованные в журнале


Распад бозона Хиггса на b-кварки

В экспериментах CMS и ATLAS, выполняемых в ЦЕРНе на Большом адронном коллайдере, зарегистрированы распады бозона Хиггса на пару b-кварка и b-антикварка H → b анти-b. Хотя вероятность такого распада бозона Хиггса составляет 58 %, зарегистрировать его сложнее, чем распады по некоторым другим менее вероятным каналам. Это связано с тем, что b-кварки часто рождаются в других процессах при pp-столкновениях, создавая сильный фон. Фоновых кварков в 107 раз больше, чем событий H → b анти-b. В связи с этим в эксперименте выполнялся поиск особых сопутствующих событий, сопровождающих распады бозона Хиггса. А именно, выделялись процессы, в которых бозон Хиггса рождается вместе с W- или Z-бозонами, а в конечном состоянии присутствует 0, 1 или 2 заряженных лептона и две кварковые струи. В эксперименте CMS достоверность регистрации процесса H → b анти-b составила 5,6 σ, а в эксперименте ATLAS – 5,4 σ. В экспериментах на Тэватроне и Большом адронном коллайдере уже были получены свидетельства этих распадов, но с малой достоверностью. Также ранее уже были зарегистрированы распады бозона Хиггса на пары γγ, ZZ, WW и ττ и его рождение совместно с парой t-кварков. Исследование распадов H → b анти-b позволяет изучить юкавовскую связь бозона Хиггса с фермионами (т.к. от величины этой связи зависит темп распадов) в Стандартной модели и проверить модель генерации масс частиц посредством механизма Хиггса. Измеренный темп распадов хорошо соответствует предсказаниям Стандартной модели. Источники: Phys. Rev. Lett. 121 121801 (2018), Phys. Lett. B 786 59 (2018)

Измерение состояний кубитов

R. McDermott (Висконсинский университет в Мадисоне, США) и его коллеги продемонстрировали новый метод измерения состояния сверхпроводящего кубита с помощью микроволнового фотонного счетчика. Сложность подобных измерений состоит в том, что вспомогательный резонатор измерительного устройства обычно настроен на фиксированную частоту, а частота кубита зависит от того, находится ли он в основном или возбужденном состоянии. Чтобы преодолеть эту трудность в эксперименте использовалась вторая резонансная полость, настроенная на частоту возбужденного состояния и соединенная с кубитом джозефсоновским контактом. Это позволило легко различать состояния. Так называемые светлое и темное состояния различаются с помощью джозефсоновского фотоумножителя и микроволнового фотонного счетчика, считывающего состояние фотоумножителя посредством плазменного резонанса. Среднее число заполнения фотонов в светлом состоянии ≈ 10. А при переключении фотоумножителя выделяется порядка 100 фотонов. Квантовая точность (fidelity) нового метода достигает 92 %. Разработанный способ измерений по своим возможностям превышает обычно применяемое для этих целей гетеродинное детектирование, особенно в случае больших систем. Он может оказаться полезным в алгоритмах исправления ошибок в будущих квантовых компьютерах. Также подобные устройства могут стать интерфейсом между квантовыми системами и оконечными классическими устройствами. Новый метод измерений продемонстрировали также M. Lukin (Гарвардский университет, США) и его коллеги. В их эксперименте изучались два SiV-центра (кремниевые вакансии), помещенные в нанофотонную полость и взаимодействующие друг с другом посредством электромагнитных мод полости. Подбором величины внешнего магнитного поля настраивались резонансные переходы между центрами, и измерялась спектральная передаточная функция системы, которая продемонстрировала наличие светлых и темных состояний. Состояния исследовались с помощью алмазного волновода с отверстиями, представляющего фотонный кристалл. В новом эксперименте качество взаимодействия между SiV-центрами улучшено примерно на порядок по сравнению с тем, что было достигнуто в других исследованиях подобного рода. Источники: Science 361 1239 (2018), Science, онлайн-публикация от 20 сентября 2018 г., physicsworld.com

Диссипативная магнон-фотонная связь

Открытие когерентной магнон-фотонной связи инициировало множество исследований в области спинтроники. M. Harder (Манитобский университет, Канада) и др. обнаружили новый эффект — диссипативную магнон-фотонную связь, которая в некотором отношении противоположна известной когерентной магнон-фотонной связи. В основе эффекта затухание намагниченности, вызванной прецессией спинов, которая возникает под влиянием индуцированных в стенках микроволновой полости токов и оказываемого ими обратного влияния. Это происходит аналогично обычному закону Ленца в электродинамике и подчиняется уравнениям Ландау – Лифшица – Гильберта, описывающих связь магнонных мод и электромагнитных мод в резонансной полости с учетом диссипации. В случае когерентной связи наведенные токи, наоборот, усиливали намагниченность в полости. Магнон-фотонная связь в эксперименте изучалась в устройстве, которое представляло собой сферу диаметром 1 мм, изготовленную из иттрий-железного граната и помещенную в кольцевой волновод, который образовывал резонансную полость. С помощью сетевого анализатора исследована микроволновая передаточная функция этой магнон-фотонной системы в зависимости от положения сферы в волноводе. Помимо отталкивания энергетических уровней, соответствующего когерентной связи, наблюдалось характерное для диссипативной связи сближение энергетических уровней и слияние гибридизированных дисперсионных кривых. Источник: Phys. Rev. Lett. 121 137203 (2018)

Новостной канал

Новости физики в Интернете — раздел журнала Успехи физических наук, ежемесячно публикующего обзоры современного состояния наиболее актуальных проблем физики и смежных с нею наук. В данном обзоре новостей представлены последние открытия в физике и астрофизике.

Постоянный ведущий — Ю.Н. Ерошенко.

Материалы подготовлены на основе электронных препринтов и бюллетеней.

Физические ресурсы Рунета

© Успехи физических наук, 1918–2018
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение