Магнитсіз кванттық серпіліс: жарық атомдарды бағдарламалауды қалай үйренді
Вильнюс университетінің физиктер тобы кванттық жүйелерді басқару тәсілін түбегейлі өзгертетін теориялық модель ұсынды. Зерттеушілер ауыр және энергияны көп қажет ететін магнит өрістерінің орнына атомдарды алдын ала «бағдарламалау» үшін жарықты пайдалануды ұсынады. Бұл жаңалық кванттық компьютерлер мен байланыс желілерін құруды жеңілдетіп, оларды ықшам әрі сенімді ете алады.
Кодтау негізі ретіндегі оптикалық құйындар
Жаңа модельдің негізгі элементі — оптикалық құйындар. Бұл толқындық фронттың спиральды құрылымы бар лазерлік шоқтар, олардың ортасында қарқындылық нөлге дейін төмендеп, қараңғы «ядро» құрайды. Бұл ядроның өлшемі оң да, теріс те кез келген бүтін мәндерді қабылдай алатын топологиялық зарядпен анықталады. Іс жүзінде бұл 10 000-ға дейін әртүрлі күй жасауға мүмкіндік береді.
Мұндай тәсіл кванттық есептеулерді түбегейлі жаңа деңгейге көтереді: екі күймен жұмыс істейтін стандартты кубиттердің орнына біз кудиттермен — кванттық ақпараттың көпдеңгейлі бірліктерімен жұмыс істеу мүмкіндігіне ие боламыз. Бұл бір фотонға немесе атомға кодтауға болатын деректер көлемін экспоненциалды түрде арттырады.
Жұмыс принципі: жарық ортаны бағдарламалайды
Векторлық құйынды шоқтың үш энергетикалық деңгейі бар атомдық газбен әрекеттесуі таңғаларлық әсерге әкеледі. Жарық алдымен атомдарды «бағдарламалап», газда әртүрлі оптикалық тығыздығы бар аймақтар жасайды: бір жерлерде атомдар сәулеленуді қарқынды жұтады, басқа жерлерде мөлдір болады. Содан кейін бұл дайындалған орта шоқтың өзін өзгерте бастайды — кері байланыс пайда болады.
Нәтижесінде қарапайым сақиналы құрылымның орнына бірнеше жарқын аймақтары бар күрделі жапырақша үлгісі қалыптасады, ал шоқтың поляризациясы толығымен қайта құрылады. Бұрын мұндай бақылауға қол жеткізу үшін қуатты сыртқы магнит өрістері мен күрделі жабдық қажет болатын. Енді бүкіл процесс тек жарықпен басқарылады.
Практикалық маңызы мен перспективалары
Теориялық тұрғыдан бұл әзірлема жылдамырақ және энергия тиімді кванттық процессорларды, жоғары қорғалған кванттық байланыс желілерін және аса дәл оптикалық датчиктерді жасау жолын ашады. Магнит өрістерінен бас тарту құрылғылардың конструкциясын жеңілдетіп қана қоймай, көршілес кванттық элементтер арасындағы қажетсіз әрекеттесу мәселесін де шешеді.
Менің сараптамалық пікірім: Бұл жұмыс — іргелі физиканың кванттық технологиялардың негізгі инженерлік мәселелерінің біріне практикалық шешім ұсына алатынының тамаша мысалы. Егер модель іс жүзінде сәтті жүзеге асырылса, біз тек қуаттырақ емес, сонымен қатар өндірісте айтарлықтай арзанырақ болатын кванттық құрылғылардың пайда болуын күте аламыз. Кудиттерді пайдалану әсіресе перспективалы: екілік логикадан көпмәнді логикаға көшу — бұл эволюция емес, есептеу қуатындағы нағыз революция.