Атомдарды жарықпен бағдарламалау: физиктер магнит өрістерінсіз кванттық күйлерді басқару тәсілін тапты
Вильнюс университетінің физика факультетінің зерттеушілер тобы кванттық жүйелерді басқару тәсілін түбегейлі өзгертетін теориялық модель ұсынды. Ғалымдар дәстүрлі сыртқы магнит өрістерін пайдаланудың орнына, атомдарды жарық арқылы «бағдарламалауды» ұсынады, бұл кванттық байланыс пен есептеулер үшін жаңа көкжиектер ашады.
Әдістің мәні екі кезеңді үдерісте жатыр: алдымен жарық шоғы атомдық ортаның белгілі бір күйін орнатады, содан кейін бұл алдын ала дайындалған орта күрделі лазерлік шоқтардың пішіні мен поляризациясын өзгертеді. Модельдің негізгі элементі — толқындық фронттың спиральды құрылымы бар лазерлік шоқтар болып табылатын оптикалық құйындар, олардың ортасында қарқындылық нөлге дейін төмендейді. Бұл қараңғы аймақтың мөлшері «кез келген оң және теріс бүтін мәндерді қабылдай алатын» топологиялық зарядпен анықталады, бұл ақпаратты кодтау үшін іс жүзінде шексіз мүмкіндіктер береді.
Іс жүзінде бұл 10 000-ға дейін әртүрлі күй алу мүмкіндігін білдіреді, бұл классикалық кубиттерді жалпылайтын көпдеңгейлі кванттық ақпарат бірліктері — кудиттерді пайдалануға мүмкіндік береді. Екі күйі бар екілік жүйенің орнына кудиттер сыйымдылығы жоғары және тұрақты кванттық кодтауға қол жеткізеді.
Векторлық құйындарды басқару үшін зерттеушілер шоқтың атомдары үш энергетикалық деңгейі бар атомдық газбен әрекеттесуін модельдеді. Мұндай модельде дайындалған орта жарықтың кеңістіктік үлгісін мұра етеді: кейбір аймақтарда атомдар сәулеленуді қарқынды жұтады, ал басқаларында мөлдір дерлік болады. Кері байланыс пайда болады — атомдық жауап шоқтың өзін қайта құрып, қарапайым сақиналы құрылымды орталықтың айналасында бірнеше жарқын аймақтары бар күрделі жапырақша үлгісіне айналдырады. Сонымен қатар поляризациялық құрылым да өзгереді.
Бұрын мұндай бақылау қуатты сыртқы магнит өрістері мен ауыр жабдықты қажет ететін. Енді барлық басқару тек жарық арқылы жүзеге асырылады, бұл эксперименттік қондырғыларды айтарлықтай жеңілдетеді және олардың жинақылығын арттырады.
Аналитикалық қорытынды: Теориялық тұрғыдан бұл әзірлема жылдамырақ кванттық процессорларды, жоғары қорғалған кванттық байланыс желілерін және аса дәл оптикалық датчиктерді жасауға жол ашады. Егер модель іс жүзінде сәтті жүзеге асырылса, біз кванттық технологиялардағы парадигманың ауысуына — ауыр магниттік жүйелерден жинақы оптикалық шешімдерге көшуге куә боламыз. Алайда, мұндай жүйелерді нақты жағдайларда масштабтау және тұрақтылық мәселесі әлі ашық күйінде қалып отыр. Сарапшы ретінде мен дәл осы тәсіл алдағы 5–7 жылда кванттық есептеулерді практикалық іске асырудың кілті болуы мүмкін деп санаймын.