Магнитсіз кванттық серпіліс: физиктер атомдарды жарықпен «бағдарламалау» тәсілін тапты
Фотоника мен кванттық физиканың тоғысында шынымен іргелі нәрсе болып жатыр. Вильнюс университетінің физика факультетінің зерттеушілер тобы кванттық жүйелерді басқару тәсілін түбегейлі өзгерте алатын теориялық модель ұсынды. Әзірлеменің мәні — атомдарды сыртқы магнит өрістерінсіз алдын ала «бағдарламалау» үшін жарықты пайдалану, ал дәстүрлі түрде бұл өрістер кез келген кванттық қондырғыны күрделендіріп, қымбаттатады.
Механизм екі кезеңде жұмыс істейді. Алдымен лазер сәулесі атомдық ортаның бастапқы күйін белгілейді, содан кейін бұл орта «дайындалған» күйде күрделі жарық шоқтарының пішіні мен поляризациясын белсенді түрде өзгертеді. Мұнда негізгі элемент ретінде оптикалық құйындар — толқын фронтының спиральды құрылымы бар шоқтар қызмет етеді. Олардың ортасында қарқындылық нөлге дейін төмендеп, қараңғы «ядро» пайда болады. Бұл ядроның мөлшері оң да, теріс те кез келген бүтін мәндерді қабылдай алатын топологиялық зарядпен анықталады.
Тәжірибеде бұл ақпараттық сыйымдылықтың орасан зор өсуін білдіреді. Кәдімгі кубит екі күймен жұмыс істесе, ұсынылған жүйе кудиттерді — кванттық ақпараттың көпдеңгейлі бірліктерін пайдалануға мүмкіндік береді. Оптикалық құйындардың көмегімен 10 000-ға дейін әртүрлі күй алуға болады, бұл деректерді тығызырақ кодтауға тікелей жол ашады.
Векторлық құйындарды басқару үшін ғалымдар шоқтың атомдары үш энергетикалық деңгейі бар атомдық газбен әрекеттесуін модельдеді. Мұндай жүйеде дайындалған орта жарықтың кеңістіктік өрнегін сөзбе-сөз «мұра етеді»: кейбір аймақтарда атомдар сәулеленуді қатты жұтады, басқаларында мөлдір дерлік болады. Кері байланыс пайда болады — атомдық жауап шоқтың өзін қайта құрылымдайды. Қарапайым сақиналы құрылымның орнына бірнеше жарқын аймақтары бар күрделі жапырақша өрнегі қалыптасады, ал поляризациялық құрылым түбегейлі өзгереді. Бұрын мұндай бақылау үшін қуатты магниттер мен үлкен жабдық қажет болатын.
Теориялық тұрғыдан бұл әзірлема жылдамырақ кванттық процессорларға, жоғары қорғалған кванттық желілерге және өте дәл оптикалық датчиктерге жол салады.
Менің талдауым: Бұл көбінесе назардан тыс қалатын, бірақ 5–10 жылдан кейін кванттық технологиялардың қаншалықты практикалық болатынын анықтайтын іргелі зерттеулердің дәл осы түрі. Магнит өрістерінен бас тарту — бұл схеманы жеңілдету ғана емес, масштабтаудағы басты кедергілердің бірін жою. Егер модель эксперименттік түрде расталса, біз кванттық күйлерді манипуляциялаудың әлдеқайда арзан және ықшам әдісін аламыз, бұл кванттық есептеулерді коммерцияландыру үшін өте маңызды.