Магнитсіз кванттық серпіліс: физиктер жарық арқылы атомдарды «бағдарламалауды» үйренді
Вильнюс университетінің физика факультетінің зерттеушілер тобы кванттық жүйелерді басқару тәсілін түбегейлі өзгертетін теориялық модельді ұсынды. Ғалымдар дәстүрлі ауқымды сыртқы магнит өрістерінің орнына атомдарды алдын ала «бағдарламалау» үшін жарықты пайдалануды ұсынады. Бұл жай зертханалық қызық емес — мұның артында кванттық есептеулерді жеделдету және қауіпсіз байланыс желілерін құрудың нақты әлеуеті тұр.
Модельдің мәні мынада: жарық алдымен атомдарға белгілі бір күй береді, содан кейін бұл алдын ала дайындалған орта ол арқылы өтетін лазер сәулелеріне белсенді әсер ете бастайды. Негізгі элемент — оптикалық құйындар: толқындық фронттың спиральды құрылымы бар лазер сәулелері. Олардың ортасында қарқындылық нөлге дейін төмендейді, қараңғы аймақты құрайды. Бұл аймақтың мөлшері авторлар атап өткендей, кез келген бүтін мәндерді — оң да, теріс те қабылдай алатын топологиялық зарядпен анықталады.
Бұл ерекшеліктің практикалық маңызы зор. Теориялық тұрғыдан 10 000-ға дейін әртүрлі күй алуға болады. Бұл тек екі күймен жұмыс істейтін әдеттегі кубиттерден кванттық ақпараттың көпдеңгейлі бірліктері — кудиттерге көшуді білдіреді. Мұндай сыйымдылық экспоненциалды түрде қуаттырақ есептеулерге жол ашады.
Жарықпен «бағдарламалау» қалай жұмыс істейді
Векторлық құйындарды басқару үшін зерттеушілер әр атомның үш энергетикалық деңгейі бар атомдық газбен лазер сәулесінің өзара әрекеттесуін модельдеді. Бұл модельде дайындалған орта жарықтың кеңістіктік үлгісін сөзбе-сөз «мұра етеді». Кейбір аймақтарда атомдар сәулеленуді белсенді түрде жұта бастайды, басқаларында — мөлдір дерлік болады. Кері байланыс пайда болады: атомдық жауап сәуленің өзін қайта құрылымдайды.
Қарапайым сақиналы құрылымның орнына орталықтың айналасында бірнеше жарқын аймақтары бар күрделі жапырақша үлгісі пайда болады. Сәуленің поляризациялық құрылымы да өзгереді. Бұрын мұндай бақылау деңгейіне жету үшін қуатты магнит өрістері мен күрделі жабдық қажет болды. Енді бәрі жарықтың көмегімен шешіледі.
Менің сараптамалық пікірім
Бұл жұмыс — іргелі физиканың инженерлік мәселелерді қалай шешетінінің талғампаз мысалы. Магнит өрістерінен бас тарту кванттық құрылғылардың конструкциясын жеңілдетіп қана қоймай, олардың тұрақтылығын арттыруға әлеуетті. Егер модель эксперименттік түрде расталса, біз ықшам және жоғары жылдамдықты кванттық процессорлардың, сондай-ақ бұрын-соңды болмаған дәлдіктегі сенсорлардың жаңа класын көре аламыз. Нарық бұл әзірлемеге назар аударуы керек — ол кванттық технологиялардың келесі буынының негізгі драйверлерінің біріне айналуы мүмкін.