Магнитсіз кванттық серпіліс: литвалық физиктер атомдарды жарықпен «бағдарламалау» тәсілін тапты
Вильнюс университетінің физика факультетінің зерттеушілер тобы сыртқы магнит өрістерінен толық бас тартып, жарық көмегімен атомдарды «бағдарламауға» мүмкіндік беретін теориялық модель ұсынды. Бұл кванттық жүйелердің архитектурасын түбегейлі жеңілдетіп, ақпаратты өңдеу үшін жаңа көкжиектер ашады.
Тәсілдің мәні мынада: жарық шоғы алдымен атомдарға белгілі бір күй береді, содан кейін дайындалған бұл орта күрделі лазерлік шоқтардың пішіні мен поляризациясын өзгертеді. Модельдің негізгі элементі — оптикалық құйындар. Бұл толқындық фронттың спиральды құрылымы бар шоқтар, олардың ортасында қарқындылық нөлге дейін төмендейді. Бұл қараңғы аймақтың өлшемі топологиялық зарядпен — оң да, теріс те кез келген бүтін мәндерді қабылдай алатын шамамен анықталады.
Кубиттерден кудиттерге: екінің орнына 10 000 күй
Іс жүзінде бұл ақпаратты екілік кубиттерде емес, кудиттерде — кванттық ақпараттың көп деңгейлі бірліктерінде кодтау мүмкіндігін білдіреді. Бір кудит 10 000-ға дейін әртүрлі күйді қамти алады, бұл кванттық жүйелердің есептеу қуатын және жад көлемін экспоненциалды түрде арттырады.
Векторлық құйындарды басқару үшін ғалымдар шоқтың атомдары үш энергетикалық деңгейі бар атомдық газбен әрекеттесуін модельдеді. Мұндай модельде дайындалған орта жарықтың кеңістіктік үлгісін «мұра етеді»: кейбір аймақтарда атомдар сәулеленуді белсенді түрде жұтады, басқаларында мөлдір дерлік болады. Кері байланыс пайда болады — атомдық жауап шоқтың өзін қайта құрады. Қарапайым сақинаның орнына орталықтың айналасында бірнеше жарқын аймақтары бар күрделі жапырақша үлгісі қалыптасады, ал поляризациялық құрылым толығымен өзгереді.
Бұрын мұндай бақылау үшін қуатты сыртқы магнит өрістері мен үлкен жабдық қажет болды. Жаңа модель бұл қажеттілікті жойып, жүйені ықшам, энергия тиімді және арзан етеді.
Практикалық перспективалар
Теорияда бұл әзірлема жылдамырақ кванттық процессорларды, жоғары қорғалған кванттық байланыс желілерін және өте дәл оптикалық датчиктерді жасауға жол ашады. Магнит өрістерінен бас тарту заманауи кванттық жүйелердің басты шектеулерінің бірін — олардың сыртқы кедергілерге сезімталдығын жояды.
Сарапшының пікірі: Бұл кванттық басқаруды күрделі инженерлік міндеттер санатынан таза оптикалық манипуляциялар саласына ауыстыратын талғампаз шешім. Егер модель эксперименттік түрде расталса, біз кванттық чиптерді жобалауда парадигманың өзгеруіне — үлкен магниттік жүйелерден ықшам фотондық схемаларға көшуге куә боламыз.