Физики из Южной Кореи и Японии разработали новый тип оптических ловушек

Создана основа для квантовых компьютеров с переменным числом квантовых битов.

Физики из Южной Кореи и Японии разработали новый тип оптических ловушек, позволяющих многократно захватывать и высвобождать одни и те же атомы и обмениваться ими между соседними ловушками. Эта технология станет основой для квантовых компьютеров с перемещаемыми квантовыми битами, пишут исследователи в журнале Optica.

«Эта система перемещения атомов станет основой для нового подхода к проведению квантовых вычислений, в рамках которых число участвующих в них кубитов можно будет динамическим образом менять. Кроме того, ее можно использовать для того, чтобы сталкивать атомы друг с другом и проводить «одноатомные» химические реакции», — сообщил профессор Корейского института передовых технологий в Тэджоне (Южная Корея) Ан Чжэук, чьи слова приводит пресс-служба журнала в четверг.

Физики давно научились фиксировать атомы, молекулы и наночастицы в пространстве по одной из осей координат при помощи оптических ловушек. Как правило, они представляют собой наборы из нескольких зеркал и лазерных излучателей, которые заставляют удерживаемые ими объекты левитировать в одной и той же точке пространства.

Такие ловушки сейчас активно используют при разработке квантовых компьютеров на базе холодных атомов и ионов, так как они позволяют физикам манипулировать свойствами одиночных квантовых объектов без боязни их потерять. Также стабилизация положения частиц в пространстве снижает вероятность того, что их квантовое состояние разрушится в результате случайного контакта с другими объектами.

Новые оптические ловушки

Профессор Ан Чжэук и его коллеги разработали новый тип оптических ловушек и методику управления их работой, которая позволяет этим устройствам не только удерживать атомы в одном положении, но и обмениваться ими. Ученые совершили это открытие в ходе разработки квантовой вычислительной системы, для работы которой физикам необходимо было выложить своеобразный трехмерный узор из атомов, охлажденных до температуры, близкой к абсолютному нулю.

При решении этой задачи корейские и японские физики часто сталкивались с тем, что один из атомов оказывался расположен неправильно, что заставляло их заново делать всю работу. Для решения этой проблемы исследователи просчитали, как ведут себя атомы, выброшенные из оптических ловушек, и применили результаты для создания новых алгоритмов управления лазерными лучами, используемыми для захвата частиц.

Опыты показали, что новый подход позволяет не только корректировать положение атомов на небольших расстояниях, но и обмениваться ими между двумя оптическими ловушками, которые удалены друг от друга на большие дистанции. В частности, профессору Ан Чжэуку и его коллегам удалось подобным образом переместить атом рубидия, охлажденный почти до абсолютного нуля, на расстояние в 4,2 микрометра, огромную дистанцию по меркам микромира.

Текущая версия новых оптических ловушек, созданных исследователями, способна корректно осуществлять эту операцию в 94% случаев. В ближайшее время ученые планируют нарастить этот показатель до 100%, что откроет дорогу для создания квантовых компьютеров, число и конфигурацию вычислительных блоков которых можно будет гибко менять, не пересобирая полностью всю вычислительную систему.