Группа ученых, в которую входят исследователи из МФТИ, впервые продемонстрировала эффект классического и квантового смешивания света на одиночном сверхпроводниковом кубите, выполняющем роль искусственного атома. Статья опубликована в Nature Communications.

«Искусственный атом» — система, во многом похожая на обычный атом (поскольку обе эти системы в некотором приближении можно описать как гармонический осциллятор). Например, такие системы одинаково испускают и поглощают отдельные кванты электромагнитного излучения. Реализовать искусственный атом можно с помощью сверхпроводникового резонатора, настроенного на частоту микроволнового излучения и связанного со сверхпроводящей полоской, по которой передаются сигналы.

В последнее время ученые активно исследуют подобные системы. Например, они превратили одиночный искусственный атом в лазер, добились генерации произвольных квантовых состояний света в резонаторе, научились управлять отдельными фотонами. Все эти эффекты требуют сильной связи между атомами и распространяющимися волнами (то есть отсутствия других каналов потерь энергии помимо излучения), поэтому их трудно наблюдать в квантовой оптике с естественными атомами. Искусственные атомы в этом плане более удобны для исследований.

В данной работе ученые сконцентрировались на исследовании эффекта четырехволнового смешения на одиночном искусственном атоме — кубите, созданном на основе джозефсоновского контакта. Этот эффект заключается в том, что при пропускании световых волн через нелинейную среду они взаимодействуют друг с другом, и возникает излучение на новых частотах, связанных с частотами исходных волн. В действительности, при одновременном рассеянии на искусственном атоме двух волн с одинаковыми амплитудами, но разными частотами