Магнитсіз кванттық серпіліс: жарық атомдарды 10 000 күйге дейін жасау үшін «бағдарламалайды»
Вильнюс университетінің физиктері кванттық жүйелерді басқару тәсілін түбегейлі өзгертетін теориялық модель ұсынды. Зерттеушілер дәстүрлі сыртқы магнит өрістерін пайдаланудың орнына, атомдарды құрылымдық жарық арқылы «бағдарламалауды» ұсынады. Бұл жаңалық кванттық есептеу құрылғыларының келесі буыны мен қорғалған коммуникациялардың іргетасына айналуы мүмкін.
Әдістің мәні екі кезеңді үдерісте жатыр: алдымен жарық шоғы атомдарға белгілі бір конфигурация береді, содан кейін бұл алдын ала дайындалған атомдық орта лазер сәулелерінің пішіні мен поляризациясын белсенді түрде өзгертеді. Модельдің негізгі элементі — спиральды толқындық фронты бар оптикалық құйындар, олардың ортасында қарқындылық нөлге дейін төмендейді. Бұл қараңғы аймақтың мөлшері топологиялық зарядпен анықталады, ол әзірлеушілер атап өткендей, кез келген бүтін мәндерді — оң да, теріс те — қабылдай алады.
Бұл тұжырымдаманың практикалық маңызы зор: 10 000 түрлі күйді пайдалана отырып, ақпарат кубиттердің көпөлшемді аналогтары — кудиттерде кодталуы мүмкін. Бұл кубиттердің екілік жүйесімен салыстырғанда бір такт ішінде өңделетін немесе берілетін деректер көлемін бірнеше есе арттырады.
Векторлық құйындарды басқаруды көрсету үшін ғалымдар үш энергетикалық деңгейі бар атомдық газбен шоқтың өзара әрекеттесуін модельдеді. Бұл модельде дайындалған орта жарықтың кеңістіктік өрнегін «мұра етеді»: кейбір аймақтарда атомдар сәулеленуді белсенді түрде жұтады, ал басқаларында мөлдір дерлік болады. Кері байланыс пайда болады — атомдық жауап шоқтың өзін қайта құрып, оны қарапайым сақиналы құрылымнан орталықтың айналасында бірнеше жарқын аймақтары бар күрделі жапырақша үлгісіне айналдырады. Сонымен қатар сәуленің поляризациялық құрылымы да өзгереді.
Бұрын мұндай бақылау үшін қуатты сыртқы магнит өрістері мен үлкен қондырғылар қажет еді. Жаңа модель аппаратураны жеңілдетіп, кванттық процессорлардың жұмысын жылдамдатуға, сондай-ақ жоғары дәлдіктегі оптикалық датчиктер мен жоғары қорғалған кванттық желілерге жол ашуға уәде береді.
Аналитикалық түсініктеме: Магнит өрістерінен бас тарту — бұл жай техникалық жеңілдету емес, парадигманың өзгеруі. Магнит өрістері кедергілер тудырып, кванттық жүйелердің масштабталуын шектейді. Егер бұл модель эксперименттік растау тапса, біз зертханалық прототиптерден тек жарықпен басқарылатын өнеркәсіптік кванттық чиптерге көшудің куәгері бола аламыз. Дәл осындай іргелі физикадағы серпілістер коммерциялық енгізуге түрткі болады.