Магнитсіз кванттық серпіліс: жарық атомдарды өте жылдам есептеулер үшін бағдарламалайды
Вильнюс университетінің физика факультетінің зерттеушілері кванттық жүйелерді басқару тәсілін түбегейлі өзгертетін теориялық модель ұсынды. Дәстүрлі ауыр магнит өрістерінің орнына олар атомдарды алдын ала «бағдарламалау» үшін жарықты пайдалануды ұсынады.
Әдістің мәні екі кезеңді процесте жатыр: алдымен лазерлік сәулелену атомдық ортаны баптайды, содан кейін бұл алдын ала дайындалған орта күрделі жарық шоқтарының пішіні мен поляризациясын өзгертеді. Мұндағы негізгі элемент — толқындық фронттың спиральды құрылымы бар шоқтар — оптикалық құйындар. Олардың «өзегінде» қарқындылық нөлге дейін төмендейді, ал бұл қараңғы аймақтың мөлшері оң да, теріс те кез келген бүтін мәндерді қабылдай алатын топологиялық зарядпен анықталады.
Бұл әзірлеменің практикалық маңызы зор: оптикалық құйындарды пайдалана отырып, 10 000-ға дейін әртүрлі күй алуға болады. Бұл ақпараттың әдеттегі кубиттерде (екі күймен) емес, кудиттерде — кванттық ақпараттың көпөлшемді бірліктерінде кодталатынын білдіреді. Мұндай өлшемділік есептеу қуатының экспоненциалды өсуіне жол ашады.
Бұл қалай жұмыс істейді
Векторлық құйындарды басқару үшін ғалымдар лазерлік шоқтың әр атомы үш энергетикалық деңгейі бар атомдық газбен әрекеттесуін модельдеді. Бұл модельде дайындалған орта жарықтың кеңістіктік үлгісін «мұра етеді»: кейбір аймақтарда атомдар сәулеленуді белсенді түрде жұтады, ал басқаларында мөлдір дерлік болады. Кері байланыс пайда болады — атомдық жауап шоқтың өзін қайта құра бастайды. Қарапайым сақиналы құрылымның орнына орталықтың айналасында бірнеше жарқын аймақтары бар күрделі жапырақша үлгісі пайда болады, ал поляризациялық құрылым толығымен өзгереді.
Бұрын мұндай бақылау үшін қуатты сыртқы магнит өрістері мен күрделі жабдық қажет болды. Жаңа модель бұл қажеттілікті жояды, бұл кванттық жүйелерді құруды айтарлықтай жеңілдетеді және арзандатады.
Перспективалар
Теориялық тұрғыдан бұл әзірлеме жылдамырақ кванттық процессорларды, жоғары қорғалған кванттық байланыс желілерін және аса дәл оптикалық датчиктерді жасауға жол ашады. Егер модель тәжірибеде сәтті жүзеге асырылса, біз кванттық технологиялардағы парадигманың өзгеруіне куә боламыз.
Сарапшының пікірі: Бұл жұмыс біздің көпөлшемді кванттық жүйелерді практикалық қолдануға жақындап келе жатқанымызды көрсетеді. Магнит өрістерінен бас тарту — бұл жай техникалық жеңілдету емес, масштабталатын кванттық компьютерлерге қарай іргелі қадам. Егер зерттеушілер модельді эксперименттік түрде растай алса, бұл соңғы жылдардағы кванттық физикадағы ең маңызды оқиғалардың бірі болуы мүмкін.