Кванттық серпіліс: физиктер магнит өрістерінсіз жарықпен атомдарды «бағдарламалауды» үйренді
Вильнюс университетінің физика факультетінің зерттеушілер тобы кванттық жүйелерді басқару тәсілін түбегейлі өзгертетін теориялық модель ұсынды. Әзірлеменің негізі — сыртқы магнит өрістерінен толық бас тартып, атомдарды жарық көмегімен «бағдарламалау» мүмкіндігі.
Әдістің мәні екі кезеңді үдерісте жатыр. Алдымен жарық шоғы атомдық ортаның бастапқы күйін белгілейді, оған «бағдарламаны» жазып алғандай. Содан кейін бұл алдын ала дайындалған орта лазерлік шоқтармен белсенді әрекеттесіп, олардың пішіні мен поляризациясын өзгертеді. Модельдің негізгі элементі — оптикалық құйындар, яғни толқындық фронттың спиральды құрылымы бар шоқтар. Мұндай құйынның ортасында жарық интенсивтілігі нөлге дейін төмендеп, қараңғы өзек пайда болады. Бұл өзектің мөлшері оң да, теріс те кез келген бүтін мәндерді қабылдай алатын топологиялық зарядпен анықталады.
Бұл жаңалықтың практикалық маңызы зор. Оптикалық құйындарды қолдана отырып, 10 000-ға дейін әртүрлі күй алуға болады. Бұл ақпаратты әдеттегі кубиттерде (екі күймен) емес, кудиттерде — көп деңгейлі кванттық бірліктерде кодтауға мүмкіндік береді, бұл есептеу қуатын экспоненциалды түрде арттырады.
Бұл қалай жұмыс істейді: жарық пен атомдардың кері байланысы
Векторлық құйындарды басқару үшін ғалымдар әр атомның үш энергетикалық деңгейі бар атомдық газбен шоқтың өзара әрекеттесуін модельдеді. Дайындалған орта жарықтың кеңістіктік өрнегін «мұра етеді»: кейбір аймақтарда атомдар сәулеленуді қатты жұтады, басқаларында мөлдір дерлік болады. Кері байланыс эффектісі пайда болады — атомдық жауап шоқтың өзін қайта құрады. Қарапайым сақиналы құрылым орталықтың айналасында бірнеше жарқын аймақтары бар күрделі жапырақша үлгісіне айналады, ал поляризациялық құрылым да өзгерістерге ұшырайды.
Бұрын мұндай бақылау қуатты сыртқы магнит өрістері мен ауыр жабдықты қажет ететін. Жаңа модель талғампаз және ықшам шешімді ұсынады.
Теориялық тұрғыдан бұл әзірлеме жылдамырақ кванттық процессорларды, жоғары қорғалған кванттық байланыс желілерін және аса дәл оптикалық датчиктерді жасауға жол ашады.
Сарапшының пікірі. Бұл зерттеу — практикалық кванттық технологияларға қарай маңызды қадам. Магнит өрістерінен бас тарту құрылғылардың архитектурасын жеңілдетіп қана қоймай, шу деңгейін төмендетеді, бұл кудиттердің тұрақты жұмысы үшін өте маңызды. Егер модель эксперименттік түрде сәтті жүзеге асырылса, біз алдағы 5–7 жыл ішінде жаңа буынның коммерциялық кванттық жүйелерін көре аламыз.