Магнитсіз кванттық серпіліс: литвалық физиктер атомдарды жарықпен «бағдарламалау» тәсілін тапты
Вильнюс университетінің физика факультетінің зерттеушілері сыртқы магнит өрістерін толығымен қажет етпей, атомдарды жарық көмегімен алдын ала «бағдарламауға» мүмкіндік беретін теориялық модель ұсынды. Бұл жаңалық кванттық есептеу жүйелері мен коммуникациялық желілерді құру тәсілін түбегейлі өзгертуі мүмкін.
Модельдің мәні мынада: жарық шоғыры алдымен атомдық ортаның белгілі бір күйін орнатады, содан кейін бұл алдын ала дайындалған орта күрделі лазерлік шоғырлардың пішіні мен поляризациясына белсенді түрде әсер ете бастайды. Мұндағы негізгі элемент — оптикалық құйындар, яғни толқындық фронттың спиральды құрылымы бар шоғырлар. Мұндай құйынның ортасында қарқындылық нөлге дейін төмендеп, қараңғы аймақ пайда болады. Бұл аймақтың мөлшері топологиялық зарядпен анықталады, ол, авторлардың айтуынша, «шектелмеген және кез келген оң және теріс бүтін мәндерді қабылдай алады».
Іс жүзінде бұл 10 000-ға дейін әртүрлі күй алу мүмкіндігін білдіреді. Әдеттегі кубиттердің (екі күйі бар жүйелер) орнына біз кудиттермен — кванттық ақпараттың көпдеңгейлі бірліктерімен жұмыс істей аламыз. Бұл бір кванттық тасымалдағышта кодтауға болатын деректер көлемін экспоненциалды түрде арттырады.
Векторлық құйындарды басқару үшін ғалымдар шоғырдың әр атомы үш энергетикалық деңгейі бар атомдық газбен әрекеттесуін қарастырды. Мұндай модельде дайындалған орта жарықтың кеңістіктік үлгісін сөзбе-сөз «мұра етеді»: кейбір аймақтарда атомдар сәулеленуді қарқынды жұта бастайды, ал басқаларында мөлдір дерлік болады. Кері байланыс пайда болады — атомдық жауап шоғырдың өзін қайта құрылымдайды. Қарапайым сақиналы құрылымның орнына орталықтың айналасында бірнеше жарқын аймақтары бар күрделі жапырақша үлгісі қалыптасады, ал поляризациялық құрылым толығымен өзгереді.
Бұрын мұндай басқару үшін қуатты сыртқы магнит өрістері мен үлкен жабдық қажет болатын. Жаңа модель талғампаз және ықшам шешімді ұсынады. Теориялық тұрғыдан бұл әзірлеме айтарлықтай жылдамырақ кванттық процессорларға, жоғары қорғалған кванттық коммуникациялық желілерге және аса дәл оптикалық датчиктерге жол ашады.
Сарапшының пікірі: Бұл жай ғана кезекті зертханалық абстракция емес. Магнит өрістерінсіз атомдарды басқару мүмкіндігі кванттық жүйелерді масштабтаудағы негізгі физикалық шектеулердің бірін жояды. Егер модель эксперименттік түрде расталса, біз қазіргі аналогтардан арзанырақ, ықшамырақ және тұрақтырақ болатын түбегейлі жаңа кванттық компьютер архитектураларының пайда болуын көре аламыз. Мұны мұқият бақылау қажет.