Кванттық серпіліс: жарық атомдарды ауыр магниттерсіз «бағдарламалайды» — кванттық коммуникациялардың дамуындағы жаңа кезең
Вильнюс университетінің физиктері кванттық жүйелерді басқару тәсілін түбегейлі өзгертетін теориялық модельді ұсынды. Дәстүрлі сыртқы магнит өрістерін пайдаланудың орнына, олар атомдарды жарық арқылы «бағдарламалауды» ұсынады. Бұл тұжырымдама — жай зертханалық қызық емес, жаңа буын кванттық процессорларының әлеуетті іргетасы.
Кодтау құралы ретіндегі оптикалық құйындар
Модельдің негізінде оптикалық құйындар — спиральді толқындық фронты бар лазерлік шоқтар жатыр. Негізгі ерекшелігі: мұндай шоқтың ортасында қарқындылық нөлге дейін төмендеп, «қараңғы өзек» құрайды. Бұл өзектің мөлшері мен пішіні оң және теріс кез келген бүтін мәндерді қабылдай алатын топологиялық зарядпен анықталады. Іс жүзінде бұл 10 000 түрлі күйге қол жеткізуді ашады. Әдеттегі кубиттердің (екі деңгейлі жүйелер) орнына біз кудиттерді — көп деңгейлі ақпарат тасымалдаушыларды аламыз, бұл есептеу қуатын экспоненциалды түрде арттырады.
Жарықпен «бағдарламалау» қалай жұмыс істейді
Зерттеушілер әр атомның үш энергетикалық деңгейі бар векторлық құйынның атомдық газбен өзара әрекеттесуін модельдеді. Алдымен шоқ атомдық ортаға кеңістіктік суретті «жазады»: кейбір аймақтарда атомдар жарықты қарқынды жұта бастайды, басқаларында мөлдір дерлік болады. Содан кейін кері байланыс пайда болады — дайындалған орта лазерлік шоқтың өзін қайта құрады. Қарапайым сақиналы құрылым бірнеше жарқын аймақтары бар күрделі жапырақша үлгісіне айналады, ал жарықтың поляризациясы динамикалық түрде өзгереді. Бұрын мұндай бақылау үшін қуатты магниттер мен үлкен жабдық қажет болды — енді мұны таза оптикалық жолмен жасауға болады.
Практикалық перспективалар
Теориялық тұрғыдан, бұл әзірлема жылдамырақ кванттық процессорларды, жоғары қорғалған кванттық байланыс желілерін және аса дәл оптикалық датчиктерді жасау жолын ашады. Магнит өрістерінен бас тарту құрылымды жеңілдетіп қана қоймай, кванттық есептеулер үшін маңызды шу деңгейін төмендетеді.
Аналитик ретіндегі менің пікірім: Бұл жұмыс кванттық технологиялардағы «құрылымдалған жарық» бағытының жетілуін көрсетеді. Егер модель эксперименттік түрде расталса, біз аппараттық бөлікті күрделендірмей кванттық жүйелерді масштабтаудың балама жолын аламыз. Әсіресе кудиттер кубиттермен салыстырғанда ұстап қалуға жоғары төзімділікті қамтамасыз ететін кванттық криптографияда қолдану перспективалы. Дегенмен, түсіну маңызды: бұл әзірге таза теория, ал коммерциялық шешімдерге дейін — бірнеше жыл қашықтық.