Магнитсіз кванттық серпіліс: жарық атомдарды бағдарламауды қалай үйренді
Вильнюс университетінің физиктер тобы кванттық жүйелерді басқару тәсілін түбегейлі өзгертетін теориялық модель ұсынды. Зерттеушілер атомдарды бақылау үшін дәстүрлі түрде қажетті ауыр магнит өрістерінің орнына атомдық ортаны алдын ала «бағдарламау» құралы ретінде жарықты пайдалануды ұсынады.
Тұжырымдаманың мәні талғампаз: алдымен лазер сәулесі атомдарға белгілі бір күй береді, содан кейін дайындалған бұл орта өзі арқылы өтетін жарыққа белсенді әсер етіп, оның пішіні мен поляризациясын өзгертеді. Мұнда негізгі рөлді оптикалық құйындар — ортасында қарқындылық нөлге дейін төмендейтін спиральды толқындық фронты бар шоқтар атқарады. Бұл қараңғы аймақтың мөлшері топологиялық заряд деп аталатын шамамен анықталады, ол оң да, теріс те кез келген бүтін мәндерді қабылдай алады.
Іс жүзінде бұл ақпаратты кудиттерде — 10 000-ға дейін әртүрлі күйді қабылдай алатын көпөлшемді кванттық бірліктерде кодтау мүмкіндігін ашады. Бұл екі күймен шектелген классикалық кубиттермен салыстырғанда орасан зор қадам.
Бұл қалай жұмыс істейді: сақинадан жапырақшаларға дейін
Векторлық құйындарды басқару үшін зерттеушілер шоқтың үш энергетикалық деңгейі бар атомдық газбен әрекеттесуін модельдеді. Мұндай жүйеде дайындалған орта жарықтың кеңістіктік үлгісін сөзбе-сөз «есте сақтайды»: кейбір аймақтарда атомдар сәулеленуді белсенді түрде жұта бастайды, ал басқаларында мөлдір дерлік болады. Кері байланыс пайда болады: атомдық жауап шоқтың өзін қайта құрады. Қарапайым сақинаның орнына бірнеше жарқын аймақтары бар күрделі жапырақша үлгісі қалыптасады, ал поляризация құрылымы түбегейлі өзгерістерге ұшырайды.
Бұрын мұндай бақылау деңгейі қуатты сыртқы магнит өрістері мен күрделі зертханалық жабдықты қажет ететін. Жаңа модель бұл қажеттілікті толығымен жояды.
Практикалық перспективалар
Теориялық тұрғыдан бұл әзірлема жылдамырақ кванттық процессорларды, жоғары қорғалған кванттық байланыс желілерін және өте дәл оптикалық датчиктерді жасауға жол ашады. Магнит өрістерінен бас тарту құрылғылардың дизайнын жеңілдетіп қана қоймайды, сонымен қатар кванттық күйлердің когеренттілігін сақтау үшін өте маңызды шу деңгейін төмендетуі мүмкін.
Менің талдауым: Модель теориялық болып қалғанымен, оның пайда болуы кванттық басқару парадигмасындағы маңызды өзгерісті білдіреді. Егер экспериментаторлар бұл есептеулерді іс жүзінде растай алса, біз жаңа класстағы ықшам және энергия тиімді кванттық құрылғылардың дүниеге келуіне куә боламыз. Қауіпсіздік пен есептеу жылдамдығы басты маңызға ие криптовалюта индустриясы үшін мұндай прогресс қолданыстағы криптографиялық алгоритмдерді бұза алатын немесе, керісінше, осалсыз кванттық желілерді құра алатын кванттық жүйелердің пайда болуын білдіруі мүмкін.