Жарық арқылы атомдарды "бағдарламаудың" жаңа әдісі: магнит өрістерінсіз кванттық технологиялардағы серпіліс
Вильнюс университетінің физика факультетінің физиктер тобы кванттық жүйелерді басқару тәсілін түбегейлі өзгертетін теориялық модельді ұсынды. Дәстүрлі сыртқы магнит өрістерін пайдаланудың орнына, зерттеушілер атомдарды жарық көмегімен алдын ала "бағдарламалауды" ұсынады, бұл кванттық есептеулер мен байланыс үшін жаңа көкжиектер ашады.
Әдістің мәні мынада: жарық сәулесі алдымен атомдарға белгілі бір күйді береді, содан кейін бұл алдын ала дайындалған атомдық орта күрделі лазерлік сәулелердің пішіні мен поляризациясына белсенді әсер ете бастайды. Модельдің негізгі элементі — толқындық фронттың спиральды құрылымы бар сәулелер болып табылатын оптикалық құйындар. Олардың "өзегінде" қарқындылық нөлге дейін төмендейді, ал бұл қараңғы аймақтың мөлшері топологиялық зарядпен анықталады, ол авторлардың айтуынша, "шектелмеген және кез келген оң және теріс бүтін мәндерді қабылдай алады".
Бұл тұжырымдаманың практикалық әлеуеті таңқаларлық: 10 000-ға дейін әртүрлі күй алуға болады, бұл ақпаратты кудиттерде — әдеттегі кубиттердің жалпыламасы болып табылатын кванттық ақпараттың көпдеңгейлі бірліктерінде кодтауға мүмкіндік береді. Бұл өңделетін деректердің тығыздығы мен күрделілігінде айтарлықтай артықшылық береді.
Бұл қалай жұмыс істейді: жарық пен атомдық газдың өзара әрекеттесуі
Векторлық құйындарды басқару үшін зерттеушілер сәуленің атомдары үш энергетикалық деңгейі бар атомдық газбен өзара әрекеттесуін модельдеді. Мұндай модельде дайындалған орта жарықтың кеңістіктік үлгісін сөзбе-сөз "мұра етеді": кейбір аймақтарда атомдар сәулені қатты жұтады, ал басқаларында мөлдір дерлік болады. Кері байланыс пайда болады — атомдық жауап сәуленің өзін қайта құрылымдайды. Қарапайым сақиналы құрылымның орнына орталықтың айналасында бірнеше жарқын аймақтары бар жапырақша үлгісі пайда болады, сонымен қатар поляризациялық құрылым да өзгереді. Бұрын мұндай бақылау үшін қуатты сыртқы магнит өрістері мен күрделі жабдық қажет болды.
Теориялық тұрғыдан бұл әзірлема жылдамырақ кванттық процессорларға, жоғары қорғалған кванттық байланыс желілеріне және өте дәл оптикалық датчиктерге жол ашады. Магнит өрістерінен бас тарту мұндай құрылғылардың конструкциясын айтарлықтай жеңілдетеді және энергия тұтынуды азайтады.
Менің талдауым: Бұл тәсіл — фотонды-атомдық өзара әрекеттесу саласындағы талғампаз қадам. Егер модель тәжірибеде сәтті жүзеге асырылса, біз басқару тек жарықпен жүзеге асырылатын кванттық құрылғылардың жаңа класын көре аламыз, бұл оларды қазіргі аналогтармен салыстырғанда ықшам және тұрақты етеді. Бұл әсіресе таратылған кванттық желілерді құру үшін маңызды.