Откритие ни доближава до идеалния квантов компютър

Учените работят все по-усилено за реализиране на потенциала на квантовите изчисления
(снимка: CC0 Public Domain)

Учени от Масачузетския технологичен институт (MIT) излязоха с концепция за идеална квантова платформа – тя се базира на ядрени кубити, но засега съществува само на теория…

Някои от най-стабилните кубити могат да бъдат получени от атомни ядра. Квантовите състояния на ядрата могат да бъдат запазени с часове, но е невъзможно да се контролират директно от фотони. И въпреки това оптиката остава основното средство за организиране на квантовата комуникация и квантовия интернет. Група учени от MIT намери решение на проблема, откривайки нов начин за контролиране на атомни ядра като кубити с помощта на фотони.

Фотоните като кванти (порции) от енергията на електромагнитното излъчване почти не взаимодействат с атомните ядра и техните собствени честоти се различават от 6 до 9 девет порядъка. При нормални условия фотоните действат върху спиновете на електроните в близост до атомните ядра и този ефект се предава индиректно върху спиновете на ядрата. Би било изкушаващо да повлияем директно с фотоните като носители на информация върху изчислителните или запаметяващите кубити под формата на ядрени завъртания. Но как да стане това?

„Открихме нов, мощен начин за взаимодействие на ядрените завъртания с оптичните фотони от лазерите”, казва Паола Капеларо, професор по ядрени науки и инженерство. „Този ​​нов механизъм за свързване позволява [завъртанията] да бъдат контролирани и измервани, което прави използването на ядрени завъртания като кубити много по-обещаващо”.

Но засега това открито е доказано само на теория. Провеждането на реален експеримент ще стане на следващ етап от изследването, уточняват учените от MIT.

Новият подход използва свойства на ядрата като присъщия им електрически квадрупол. Чрез него ядрото взаимодейства с околната среда и това взаимодействие може да бъде повлияно от светлинни кванти и следователно да повлияе на самото ядро ​​- на неговото ядрено въртене, като записва или чете състоянието на кубита върху това ядро. Такъв ефект се оказва почти директен: в зависимост от дължината на вълната на фотона спинът се завърта под един или друг ъгъл.

Илюстрация на концепцията, която учените от MIT възнамеряват да докажат с експеримент
(графика: MIT)

Илюстрация, публикувана от учените, показва схематично как два лазерни лъча с различни дължини на вълната могат да повлияят на електрическите полета (показани в розово на фигурата), заобикалящи атомното ядро ​​(овалите на фигурата), и действайки върху тези полета по такъв начин, че въртенето на ядрото се отклонява в определена посока (както е показано със стрелката). И това отклонение е строго свързано с честотата на входящия лъч (фотона).

Откритието на учените от MIT има много потенциални приложения в квантовата памет, която се модифицира или чете от фотони – тази информация веднага се предава в мрежата, към система за изчисления, сензори и спектроскопия. Научната общност очаква лабораторно потвърждение на предложената теория. Ако тя се потвърди, квантовите компютри ще направят скок.