Кванттық серпіліс: Физиктер магнит өрістерінсіз жарықпен атомдарды «бағдарламалауды» үйренді
Вильнюс университетінің физика факультетінің зерттеушілер тобы кванттық жүйелерді басқару тәсілін түбегейлі өзгертетін теориялық модельді ұсынды. Ғалымдар дәстүрлі ауқымды сыртқы магнит өрістерін пайдаланудың орнына, атомдарды жарық арқылы «бағдарламалауды» ұсынады. Бұл ықшамырақ, жылдамырақ және энергияны үнемдейтін кванттық құрылғыларды жасауға жол ашады.
Модельдің мәні мынада: жарық сәулесі алдымен атомдық ортаны белгілі бір күйге келтіреді, содан кейін бұл алдын ала дайындалған орта күрделі лазерлік шоқтардың пішіні мен поляризациясын белсенді түрде өзгерте бастайды. Мұнда негізгі элементтер — толқындық фронттың спиральды құрылымы бар шоқтар болып табылатын оптикалық құйындар. Олардың ортасында қарқындылық нөлге дейін төмендейді, өлшемі топологиялық заряд деп аталатын шамамен анықталатын қараңғы аймақ пайда болады. Бұл зарядтың шектеуі жоқ және кез келген оң және теріс бүтін мәндерді қабылдай алады.
Кубиттерден кудиттерге: ақпарат сыйымдылығының экспоненциалды өсуі
Іс жүзінде бұл біз 10 000-ға дейін әртүрлі күй ала аламыз дегенді білдіреді. Бұл ақпаратты кудиттерде — әдеттегі кубиттердің жалпыламасы болып табылатын көпдеңгейлі кванттық ақпарат бірліктерінде кодтауға мүмкіндік береді. Кубит тек екі күймен (0 және 1) жұмыс істесе, кудит ондаған және жүздеген күйлердің суперпозициясында бола алады, бұл есептеу қуаты мен берілетін деректер көлемін экспоненциалды түрде арттырады.
Векторлық құйындарды басқару үшін зерттеушілер лазерлік шоқтың үш энергетикалық деңгейі бар атомдық газбен әрекеттесуін модельдеді. Мұндай модельде дайындалған орта жарықтың кеңістіктік өрнегін сөзбе-сөз «мұра етеді»: кейбір аймақтарда атомдар сәулеленуді белсенді түрде жұтады, ал басқаларында мөлдір дерлік болады. Кері байланыс эффектісі пайда болады — атомдық жауап шоқтың өзін қайта құрылымдайды. Қарапайым сақиналы құрылымның орнына орталықтың айналасында бірнеше жарқын аймақтары бар жапырақша үлгісі қалыптасады, сонымен қатар поляризациялық құрылымның өзі түрленеді.
Бұрын мұндай бақылау қуатты сыртқы магнит өрістерін және күрделі зертханалық жабдықты қажет ететін. Жаңа модель теориялық тұрғыдан жылдамырақ кванттық процессорларды, жоғары қорғалған кванттық байланыс желілерін және өте дәл оптикалық датчиктерді жасауға жол ашады.
Менің кәсіби пікірім: Бұл жұмыс — кванттық жүйелерді миниатюризациялау және арзандату бағытындағы талғампаз қадам. Магнит өрістерінен бас тарту архитектураны жеңілдетіп қана қоймай, сонымен қатар негізгі проблемалардың бірін — сыртқы кедергілерден туындаған декогеренцияны шешеді. Егер модель іс жүзінде сәтті жүзеге асырылса, біз кванттық есептеулер мен байланыста парадигманың өзгеруіне куә боламыз, мұнда ақпарат бұрын-соңды болмаған жылдамдықпен және сенімділікпен өңделіп, берілетін болады.