Магнитсіз кванттық серпіліс: физиктер жарық арқылы атомдарды «бағдарламалауды» үйренді
Кванттық технологиялар әлемінде микробөлшектерді басқару тәсілін түбегейлі өзгерте алатын оқиға болды. Вильнюс университеті факультетінің физиктер тобы сыртқы магнит өрістерін толығымен қолданбай, жарық көмегімен атомдарды «бағдарламалауға» мүмкіндік беретін теориялық модель ұсынды. Бұл жай зертханалық қызық емес — бұл жаңа буын кванттық процессорларының әлеуетті негізі.
Басқару құралы ретіндегі оптикалық құйындар
Әзірлеменің негізінде спиральды толқын фронты бар лазерлік шоқтар — оптикалық құйындар жатыр. Олардың «өзегінде» жарық қарқындылығы нөлге дейін төмендейді, ал бұл қараңғы аймақтың мөлшері топологиялық зарядпен анықталады. Таңқаларлығы, бұл заряд шектелмеген: ол кез келген оң және теріс бүтін мәндерді қабылдай алады. Іс жүзінде бұл 10 000 түрлі күйге қол жеткізуге мүмкіндік береді. Әдеттегі кубиттердің (екі деңгейлі жүйелер) орнына біз кудиттерді — экспоненциалды түрде көбірек ақпаратты сақтай және өңдей алатын көп деңгейлі кванттық бірліктерді аламыз.
«Бағдарламалау» механизмі
Процесс келесідей жұмыс істейді: жарық шоғы алдымен атомдарды «бағдарламалап», олардың оптикалық қасиеттерін өзгертеді. Содан кейін бұл алдын ала дайындалған атомдық орта лазерлік шоқпен белсенді әрекеттесе бастайды. Модельде үш энергетикалық деңгейі бар атомдар қолданылады. Кейбір аймақтарда атомдар сәулеленуді қатты жұтады, ал басқаларында мөлдір дерлік болады. Кері байланыс пайда болады: атомдық жауап шоқтың өзін қайта құрылымдайды. Қарапайым сақиналы құрылымның орнына күрделі жапырақша үлгісі пайда болады, ал жарықтың поляризациясы жергілікті түрде өзгереді.
Бұрын мұндай бақылау үшін қуатты магнит өрістері мен үлкен жабдық қажет болатын. Енді дұрыс бапталған лазер мен дайындалған атомдық орта жеткілікті.
Практикалық перспективалар
Теориялық тұрғыдан бұл әзірлеме жылдамырақ кванттық процессорларға, жоғары қорғалған кванттық байланыс желілеріне және аса дәл оптикалық датчиктерге жол ашады. Магнит өрістерінен бас тарту құрылғылардың конструкциясын айтарлықтай жеңілдетеді және олардың энергия тұтынуын азайтады.
Сарапшы пікірі: Бұл іргелі физика практикалық құралдар беретін дәл сол жағдай. Атомдарды магнит өрістерінсіз басқару мүмкіндігі — ықшам, энергия тиімді кванттық жүйелерді құруға бағытталған қадам. Дегенмен, бұл әзірге тек теориялық модель екенін есте ұстаған жөн. Математикалық модельден жұмыс істейтін прототипке дейінгі жол жылдарға созылуы мүмкін. Соған қарамастан, бағыт дұрыс таңдалған: кванттық есептеулердің болашағы — басқарудың оптикалық әдістерінде.