Фізики знайшли спосіб «програмувати» атоми світлом без магнітних полів — прорив для квантових обчислень
Група дослідників з фізичного факультету Вільнюського університету представила теоретичну модель, яка дозволяє попередньо «програмувати» атоми за допомогою світла, повністю виключаючи необхідність у зовнішніх магнітних полях. Це принципово новий підхід до керування квантовими системами.
Ідея полягає в наступному: світловий пучок спочатку задає атомам певний стан, а потім це заздалегідь підготовлене атомне середовище починає активно змінювати форму та поляризацію складних лазерних пучків. Ключовий елемент моделі — оптичні вихори, тобто пучки зі спіральною структурою хвильового фронту. У їхньому центрі інтенсивність падає до нуля, утворюючи темну область. Розмір цієї області визначається топологічним зарядом, який, як підкреслюють автори, не має обмежень і може набувати будь-яких цілих значень — як позитивних, так і негативних.
На практиці це означає, що можна отримати до 10 000 різних станів. Замість звичних кубітів, які оперують лише двома станами, тут йдеться про кудити — багаторівневі одиниці квантової інформації. Це відкриває колосальні можливості для кодування даних.
Для керування векторними вихорами вчені змоделювали взаємодію пучка з атомним газом, де атоми мають три енергетичні рівні. У такому середовищі підготовлений газ «запам'ятовує» просторовий малюнок світла: в одних областях атоми починають активно поглинати випромінювання, в інших — стають майже прозорими. Далі виникає ефект зворотного зв'язку: атомний відгук перебудовує сам пучок, перетворюючи просту кільцеву структуру на складний пелюстковий малюнок з кількома яскравими областями навколо центру. При цьому поляризаційна структура пучка також зазнає змін.
Раніше подібний контроль вимагав потужних зовнішніх магнітних полів і громіздкого обладнання. Нова модель усуває цю залежність, що кардинально спрощує потенційні експериментальні установки.
Теоретично ця розробка прокладає шлях до створення швидших квантових процесорів, високозахищених квантових комунікаційних мереж і надточних оптичних датчиків.
Аналітичний коментар Cryptalist: Цей підхід виглядає особливо перспективним на тлі нещодавніх успіхів у галузі квантового заліза. Наприклад, лише кілька днів тому Sandia National Laboratories та Quantinuum опублікували рецензовану роботу щодо 98-кубітного квантового комп'ютера Helios. Однак масштабування кубітів — це лише половина справи. Вміння керувати кудитами без магнітних полів може стати тією самою відсутньою ланкою, яка переведе квантові обчислення з лабораторної екзотики в інженерну реальність. Стежимо за розвитком.