Магнитсіз кванттық серпіліс: жарық атомдарды жаңа буын есептеулері үшін қалай «бағдарламалайды»
Кванттық технологиялар әлемі атомдық жүйелерді басқаруды түбегейлі жеңілдетуге қабілетті маңызды жаңалықтың табалдырығында тұр. Вильнюс университетінің физика факультетінің зерттеушілер тобы сыртқы магнит өрістерінен толық бас тартып, атомдарды тек жарық көмегімен «бағдарламалауға» мүмкіндік беретін теориялық модельді ұсынды.
Жаңашылдықтың мәні екі кезеңді үдерісте жатыр. Алдымен жарық сәулесі атомдық ортаның бастапқы күйін белгілейді — оны «бағдарламалайды». Содан кейін бұл алдын ала дайындалған орта, өз кезегінде, ол арқылы өтетін күрделі лазерлік шоқтардың пішіні мен поляризациясын белсенді түрде өзгертеді. Бұл пассивті сүзгі емес, кері байланысы бар динамикалық жүйе.
Оптикалық құйындар және кодтаудың шексіз әлеуеті
Модельдің негізгі элементі — оптикалық құйындар. Бұл толқындық фронтының спиральды құрылымы бар лазерлік шоқтар, олардың ортасында қарқындылық нөлге дейін төмендеп, қараңғы «ядро» құрайды. Бұл ядроның мөлшері топологиялық зарядпен — оң да, теріс те кез келген бүтін мәндерді қабылдай алатын параметрмен анықталады. Бұл ақпаратты кодтау үшін шынымен де шексіз мүмкіндіктер ашады. Тәжірибеде 10 000-ға дейін әртүрлі күйді генерациялауға болады, бұл әдеттегі кубиттерден (екі күйі бар жүйелер) кудиттерге — әлдеқайда көп деректерді тасымалдайтын кванттық ақпараттың көпдеңгейлі бірліктеріне көшуге мүмкіндік береді.
Жапырақша симметриясы және ауыр жабдықтан бас тарту
Осы векторлық құйындарды басқару үшін ғалымдар үш энергетикалық деңгейі бар атомдар газымен шоқтың өзара әрекеттесуін модельдеді. Нәтижесінде дайындалған орта жарықтың кеңістіктік өрнегін «мұра етеді»: кейбір аймақтарда атомдар сәулеленуді белсенді түрде жұтады, басқаларында мөлдір дерлік болады. Кері байланыс пайда болады: атомдық жауап шоқтың өзін қайта құрылымдайды. Қарапайым сақиналы құрылымның орнына орталықтың айналасында бірнеше жарық аймақтары бар күрделі жапырақша өрнегі қалыптасады, ал поляризациялық құрылым айтарлықтай өзгерістерге ұшырайды. Бұрын мұндай бақылау үшін қуатты сыртқы магнит өрістері мен күрделі, қымбат жабдық қажет болатын.
Жылдам кванттық процессорлар мен қорғалған желілерге жол
Теориялық тұрғыдан бұл әзірлема жылдамырақ кванттық процессорларды, жоғары қорғалған кванттық байланыс желілерін және аса дәл оптикалық датчиктерді жасауға жол ашады. Магнит өрістерінен бас тарту құрылымды жеңілдетіп қана қоймай, кванттық жүйелер үшін өте маңызды шу деңгейін төмендетуі мүмкін.
Сарапшының пікірі. Бұл жұмыс кванттық технологиялардың тек кубиттер санын арттыру бағытында ғана емес, сонымен қатар талғампаз физикалық шешімдерді іздеу бағытында да дамып жатқанын еске салады. Ауыр сыртқы өрістерсіз осындай іргелі деңгейде жарық пен материяны басқара білу — бұл кванттық есептеулерді тек зертханалар үшін емес, нақты сектор үшін де практикалық және қолжетімді ете алатын дәл сол қадам.