Магнитсіз кванттық серпіліс: физиктер жарықпен атомдарды «бағдарламалауды» үйренді
Вильнюс университетінің физика факультетінің зерттеушілер тобы атомдық жүйелерді басқару тәсілін түбегейлі өзгертетін теориялық модель ұсынды. Ауқымды жабдықты қажет ететін дәстүрлі сыртқы магнит өрістерінің орнына авторлар атомдарды алдын ала «бағдарламалау» үшін жарықты қолдануды ұсынады. Бұл жаңалық кванттық құрылғылардың жаңа буынына негіз бола алады.
Тұжырымдаманың мәні екі кезеңді үдерісте жатыр. Алдымен лазерлік сәулелену атомдық ортаға ақпаратты «жазады», содан кейін бұл алдын ала дайындалған орта ол арқылы өтетін күрделі жарық шоқтарының пішіні мен поляризациясына белсенді түрде әсер ете бастайды. Модельдің негізгі элементі — толқындық фронттың спиральды құрылымы бар шоқтар болып табылатын оптикалық құйындар. Олардың ортасында қарқындылық нөлге дейін төмендейді, «қараңғы» аймақ деп аталатын аймақ пайда болады. Бұл аймақтың мөлшері оң да, теріс те кез келген бүтін мәндерді қабылдай алатын топологиялық зарядпен анықталады.
Кубиттерден кудиттерге: 10 000 күй
Дәл осы икемділік ақпараттық сыйымдылықтың экспоненциалды өсуіне жол ашады. Есептеулер көрсеткендей, іс жүзінде 10 000-ға дейін әртүрлі күйді жүзеге асыруға болады. Бұл деректерді әдеттегі кубиттерде (екі деңгейлі жүйе) емес, кудиттерде — кванттық ақпараттың көп деңгейлі бірліктерінде кодтау мүмкіндігін білдіреді. Мұндай тәсіл физикалық бөлшектердің бірдей санымен өңделетін деректер көлемін түбегейлі арттырады.
Векторлық құйындарды басқаруды көрсету үшін ғалымдар әрбір атомның үш энергетикалық деңгейі бар атомдық газбен шоқтың өзара әрекеттесуін модельдеді. Бұл модельде дайындалған орта жарықтың кеңістіктік үлгісін сөзбе-сөз «мұра етеді»: кейбір аймақтарда атомдар сәулеленуді қарқынды жұта бастайды, ал басқаларында мөлдір дерлік болады. Кері байланыс әсері пайда болады — атомдық жауап шоқтың өзін қайта құрады. Қарапайым сақиналы құрылымның орнына орталықтың айналасында бірнеше жарқын аймақтары бар күрделі жапырақша үлгісі қалыптасады, сонымен қатар поляризациялық құрылым да өзгереді.
Практикалық перспективалар мен сарапшылық көзқарас
Бұрын мұндай бақылауға қол жеткізу үшін қуатты сыртқы магнит өрістері мен күрделі магниттік жүйелер қажет болды. Жаңа модель теориялық тұрғыдан бұл қажеттілікті жояды, бұл кванттық құрылғылардың конструкциясын айтарлықтай жеңілдетеді. Бұл жылдамырақ кванттық процессорларды, жоғары қорғалған байланыс желілерін және аса дәл оптикалық датчиктерді жасауға жол ашады.
Аналитик пікірі: Бұл жұмыс — кванттық жүйелерді миниатюризациялау және жеңілдету бағытындағы талғампаз қадам. Магнит өрістерінен бас тарту энергия тұтынуды және жабдық құнын төмендетіп қана қоймай, сонымен қатар негізгі проблемалардың бірін — магнит өрісінің біртексіздігінен туындаған декогеренцияны шешеді. Егер модельді эксперименттік түрде жүзеге асыру мүмкін болса, біз зертханалық прототиптерден практикалық, масштабталатын кванттық шешімдерге көшудің куәсі боламыз.