Магнитсіз кванттық серпіліс: ғалымдар атомдарды жарықпен «бағдарламалауды» үйренді
Вильнюс университетінің физика факультетінде атомдарды сыртқы магнит өрістерін қолданбай-ақ, жарық көмегімен алдын ала «бағдарламауға» мүмкіндік беретін теориялық модель әзірленді. Бұл кванттық жүйелерді басқарудың түбегейлі жаңа тәсілі.
Модельдің мәні мынада: жарық шоғыры алдымен атомдардың белгілі бір күйін орнатады, содан кейін бұл алдын ала дайындалған атомдық орта күрделі лазерлік шоғырлардың пішіні мен поляризациясын өзгертеді. Тұжырымдаманың орталығында оптикалық құйындар — толқындық фронттың спиральды құрылымы бар шоғырлар, мұнда «ядродағы» қарқындылық нөлге дейін төмендейді. Бұл қараңғы аймақтың мөлшері зерттеушілердің айтуынша, «шектелмеген және кез келген оң және теріс бүтін мәндерді қабылдай алатын» топологиялық зарядпен анықталады.
Іс жүзінде бұл 10 000-ға дейін әртүрлі күйлерді генерациялау мүмкіндігін ашады. Екі күймен жұмыс істейтін әдеттегі кубиттердің орнына мұнда ақпарат кудиттерде — кванттық ақпараттың көпдеңгейлі бірліктерінде кодталады. Бұл есептеу мүмкіндіктерін түбегейлі кеңейтеді.
Бұл қалай жұмыс істейді
Векторлық құйындарды басқару үшін ғалымдар шоғырдың атомдық газбен әрекеттесуін қарастырды, мұнда атомдардың үш энергетикалық деңгейі бар. Мұндай модельде дайындалған орта жарықтың кеңістіктік өрнегін мұра етеді: кейбір аймақтарда атомдар сәулеленуді күштірек жұтады, басқаларында мөлдір дерлік болады. Содан кейін кері байланыс пайда болады — атомдық жауап шоғырдың өзін қайта құрылымдайды. Қарапайым сақина құрылымының орнына орталықтың айналасында бірнеше жарқын аймақтары бар жапырақша өрнегі қалыптасады, ал поляризациялық құрылым толығымен өзгереді.
Бұрын мұндай бақылау күшті сыртқы магнит өрістері мен күрделі жабдықты қажет ететін. Жаңа модель бұл қажеттілікті жояды, бұл кванттық жүйелерді іске асыруды айтарлықтай жеңілдетеді.
Перспективалар мен қорытындылар
Теориялық тұрғыдан бұл әзірлема жылдамырақ кванттық процессорларға, жоғары қорғалған кванттық байланыс желілеріне және аса дәл оптикалық датчиктерге жол ашады. Магнит өрістерінен бас тарту инфрақұрылымға қойылатын талаптарды төмендетеді және жүйелердің тұрақтылығын арттырады.
Менің талдауым: Бұл шынымен де алға жасалған маңызды қадам. Ауыр магниттерсіз кванттық күйлерді басқару мүмкіндігі ықшам және масштабталатын кванттық құрылғыларға жол ашады. Алайда, әзірге теориялық модель туралы айтылып жатқанын есте ұстаған жөн — практикалық іске асыруға дейінгі жол қосымша эксперименттік растаулар мен инженерлік шешімдерді қажет етеді.