Ученые создали модель «программирования» атомов без магнитных полей

Исследователи с физического факультета Вильнюсского университета разработали теоретическую модель, использующую свет для предварительного «программирования» атомов без необходимости использования внешних магнитных полей.

По задумке авторов, свет сначала «программирует» атомы, а затем заранее подготовленная атомная среда меняет форму и поляризацию сложных лазерных пучков.

В центре модели — оптические вихри: пучки со спиральной структурой волнового фронта, где в «ядре» интенсивность падает до нуля. Размер темной области задает топологический заряд, который «не ограничен и может принимать любые положительные и отрицательные целые значения». 

На практике можно получить до 10 000 различных состояний — и кодировать информацию в кудитах, а не в системе с двумя состояниями кубита.

Для управления векторными вихрями исследователи рассмотрели взаимодействие пучка с атомным газом, в котором у атомов три энергетических уровня. В модели подготовленная среда наследует пространственный рисунок света: в одних областях атомы сильнее поглощают излучение, в других становятся почти прозрачными. Дальше начинается обратная связь — атомный отклик перестраивает сам пучок.

Вместо простой кольцевой структуры появляется лепестковый рисунок с несколькими яркими областями вокруг центра — меняется и сама поляризационная структура. Раньше такой контроль обычно требовал мощных внешних магнитных полей и сложного оборудования.

Теоретически эта разработка открывает путь к более быстрым квантовым процессорам, высокозащищенным квантовым коммуникационным сетям и сверхточным оптическим датчикам.

Напомним, 17 июня одна из шестнадцати национальных лабораторий Министерства энергетики США Sandia National Laboratories и разработчик квантовых компьютеров Quantinuum опубликовали рецензируемую статью о 98-кубитном квантовом компьютере Helios.