Магнитсіз кванттық серпіліс: физиктер жарық арқылы атомдарды «бағдарламалау» тәсілін тапты
Вильнюс университетінің физика факультетінің зерттеушілер тобы кванттық жүйелерді басқару тәсілін түбегейлі өзгертетін теориялық модельді ұсынды. Дәстүрлі сыртқы магнит өрістерінің орнына авторлар атомдарды алдын ала «бағдарламалау» үшін жарықты пайдалануды ұсынады. Бұл жай зертханалық трюк емес — мұның артында кванттық процессорлар мен коммуникациялар архитектурасындағы әлеуетті революция тұр.
Тұжырымдаманың мәні талғампаз: жарық шоғыры алдымен атомдарға белгілі бір күйді береді, содан кейін дайындалған атомдық ортаның өзі күрделі лазерлік шоғырлардың пішіні мен поляризациясына белсенді әсер ете бастайды. Бұл схеманың негізгі элементі — оптикалық құйындар. Бұл толқын фронтының спиральды құрылымы бар ерекше шоғырлар, олардың ортасында қарқындылық нөлге дейін төмендейді. Бұл қараңғы аймақтың мөлшері топологиялық зарядпен анықталады — ғалымдар атап өткендей, бұл шама шектелмеген және кез келген бүтін мәндерді, оң да, теріс те қабылдай алады.
Бұл сипаттаманың практикалық әлеуеті орасан зор. Теориялық тұрғыдан мұндай бір құйынның көмегімен 10 000-ға дейін әртүрлі күй алуға болады. Бұл біз ақпаратты әдеттегі екі күйі бар кубиттерде емес, кудиттерде — кванттық ақпараттың көпөлшемді бірліктерінде кодтай аламыз дегенді білдіреді. Кубиттерден кудиттерге көшу — бұл кванттық әлемде екілік кодтан ондық кодқа көшу сияқты.
Бұл қалай жұмыс істейді: сақинадан жапырақшаларға дейін
Векторлық құйындарды басқару үшін зерттеушілер шоғырдың әрбір атомы үш энергетикалық деңгейі бар атомдық газбен әрекеттесуін модельдеді. Бұл модельде дайындалған орта сөзбе-сөз жарықтың кеңістіктік өрнегін «мұра етеді»: кейбір аймақтарда атомдар сәулеленуді белсенді түрде жұта бастайды, ал басқаларында мөлдір дерлік болады. Кері байланыс пайда болады — атомдық жауап шоғырдың өзін қайта құрады.
Қарапайым сақина құрылымының орнына орталықтың айналасында бірнеше жарқын аймақтары бар күрделі жапырақша үлгісі қалыптасады. Сонымен қатар шоғырдың поляризациялық құрылымы да өзгереді. Бұрын мұндай бақылауға қол жеткізу үшін қуатты сыртқы магнит өрістері мен үлкен жабдық қажет болды. Жаңа модель әлдеқайда ықшам және, мүмкін, жылдамырақ шешімді ұсынады.
Іс жүзінде бұл жылдамырақ кванттық процессорларды, жоғары қорғалған кванттық байланыс желілерін және өте дәл оптикалық датчиктерді жасауға жол ашады. Әзірге бұл таза теория, бірақ дәл осындай іргелі жұмыстар көбінесе технологияның келесі буынына негіз болады.
Аналитик пікірі: Бұл жұмыс индустрияның соңғы жетістіктері контекстінде ерекше қызықты. Естеріңізге салайын, 17 маусымда Sandia ұлттық зертханалары мен Quantinuum 98-кубиттік Helios кванттық компьютері туралы рецензияланған мақала жариялады. Алайда, егер Вильнюс университетінің моделі эксперименталды растау алса, біз парадигманың өзгеруін көре аламыз: нарық кубиттер санын көбейтудің орнына өлшемділікті (кудиттерді) арттыруға назар аударуы мүмкін, бұл физикалық элементтер санын көбейтпестен есептеу қуатының экспоненциалды өсуіне әкеледі. Осы тақырыпты қадағалаңыз — ол кванттық есептеулердегі «тыныш революцияға» айналуы мүмкін.