Магниттердің орнына жарық: атомдарды «бағдарламаудың» жаңа моделі жаңа буын кванттық есептеулерге жол ашады
Вильнюс университетінің физика факультетінің физиктері кванттық жүйелердегі атомдарды басқару тәсілін түбегейлі өзгерте алатын теориялық модельді ұсынды. Дәстүрлі сыртқы магнит өрістерінің орнына, олар ауқымды және қымбат жабдықты қажет етеді, зерттеушілер атомдық ортаны алдын ала «бағдарламалау» үшін жарықты пайдалануды ұсынады.
Тұжырымдаманың мәні екі сатылы процесте жатыр. Алдымен лазерлік сәулелену атомдардың белгілі бір күйін орнатады, содан кейін бұл алдын ала дайындалған орта күрделі жарық шоқтарының пішіні мен поляризациясына белсенді түрде әсер ете бастайды. Модельдің негізгі элементі — толқындық фронттың спиральды құрылымы бар шоқтар, оптикалық құйындар. Олардың «өзегінде» қарқындылық нөлге дейін төмендейді, ал бұл қараңғы аймақтың мөлшері топологиялық зарядпен анықталады. Бұл зарядтың шектеулері жоқ және кез келген оң немесе теріс бүтін мәндерді қабылдай алатыны маңызды.
Іс жүзінде бұл күйлердің үлкен кеңістігіне қол жеткізуді ашады: 10 000-ға дейін әртүрлі конфигурация. Бұл ақпаратты әдеттегі кубиттерде (екі деңгейлі жүйелерде) емес, кудиттерде — кванттық ақпараттың көп деңгейлі бірліктерінде кодтауға мүмкіндік береді, бұл есептеулердің сыйымдылығы мен тиімділігін айтарлықтай арттырады.
Кері байланыс қалай жұмыс істейді
Векторлық құйындарды басқару үшін ғалымдар шоқтың атомдық газбен әрекеттесуін модельдеді, мұнда әрбір атомның үш энергетикалық деңгейі бар. Модельде дайындалған орта жарықтың кеңістіктік үлгісін «мұра етеді»: кейбір аймақтарда атомдар сәулеленуді қатты жұтады, басқаларында мөлдір дерлік болады. Содан кейін кері байланыс әсері пайда болады — атомдық жауап шоқтың өзін қайта құра бастайды. Қарапайым сақиналы құрылымның орнына орталықтың айналасында бірнеше жарқын аймақтары бар жапырақша үлгісі қалыптасады, сонымен қатар сәулеленудің поляризациялық құрылымы да өзгереді.
Бұрын мұндай бақылау күшті сыртқы магнит өрістері мен күрделі қондырғыларды қажет ететін. Енді, есептеулер көрсеткендей, мұның бәрін жарықтың көмегімен жүзеге асыруға болады.
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 архитектурасын жеңілдетіп қана қоймай, экрандау мен тұрақтандыруға қойылатын талаптарды да төмендетеді.
Менің сараптамалық пікірім: Бұл модель — іргелі физиканың технологиялық кедергілерді қалай айналып өтуінің талғампаз мысалы. Егер эксперименттер теорияны растаса, біз атомдарды басқарудың жаңа тәсілін ғана емес, кванттық жүйелерді жобалаудың түбегейлі басқа тәсілін аламыз. Екі күйдің орнына 10 000 күймен жұмыс істеу мүмкіндігі — бұл эволюция емес, практикалық кванттық компьютерлердің пайда болуын айтарлықтай жеделдете алатын серпіліс.