Исследователи из Университета Буффало совершили открытие, которое бросает вызов давним представлениям о взаимодействии света и материи и имеет потенциально революционное значение для развивающейся области квантовых вычислений на нейтральных атомах.В теоретическом исследовании, опубликованном 21 января 2026 года в журнале Physical Review Letters, команда под руководством Университета Буффало сообщает, что фотоны и атомы не всегда быстро достигают теплового равновесия, как предсказывает традиционная физика. Напротив, при определенных условиях они могут сохранять разные температуры в течение продолжительного времени — явление, которое может оказаться критически важным для сохранения хрупкой квантовой информации, необходимой для продвинутых вычислений.
Претермальное окно
Исследование посвящено так называемым «претермальным состояниям» — кратковременным интервалам, в течение которых атомы и фотоны термически разделяются, а не приходят к равновесию. Несмотря на краткость по человеческим меркам, эти состояния могут сохраняться в течение миллисекунд, чего может быть достаточно для сохранения и обработки квантовой информации.
«Термическое равновесие изменяет квантовые свойства, фактически стирая ту самую информацию, которую эти свойства представляют в квантовом компьютере, — говорит Джамир Марино, доцент физики Университета Буффало и ведущий автор исследования. — Поэтому отсрочка термического равновесия между фотонами и атомами — даже всего на несколько миллисекунд — создаёт временное окно для сохранения и обработки полезного квантового поведения».
Любопытно, что моделирование выявило случаи, когда атомы оказывались при отрицательных температурах, в то время как фотоны сохраняли положительные температуры — парадоксальный результат, сохраняющийся в течение потенциально значимых промежутков времени.
Последствия для систем на основе нейтральных атомов
Нейтральноатомные квантовые компьютеры используют отдельные атомы, как правило щелочные металлы, возбуждённые в ридберговские состояния, в качестве кубитов. Их преимущество перед сверхпроводниковыми системами заключается в более простом аппаратном обеспечении: вместо сложной проводки атомные кубиты могут захватываться, управляться и соединяться с помощью световых пучков.
Однако такая зависимость от света вызывает опасения. В будущих архитектурах, где несколько массивов ридберговских атомов связываются фотонами, которые задерживаются и многократно взаимодействуют с атомами, быстрая термализация может разрушить квантовую когерентность.
«Это означало бы, что свет фактически уничтожает ту самую квантовую информацию, которую он должен был переносить», — сказал Александр Михеев, первый автор исследования, а ныне постдокторант в Университете Констанца.
Моделирование команды поместило массивы нейтральных атомов внутрь оптических резонаторов — пар зеркал, которые удерживают свет и обеспечивают повторное взаимодействие с атомами. Результаты показали, что после первоначального обмена энергией атомы и фотоны могут перестать эффективно обмениваться энергией, поддерживая раздельные температуры до тех пор, пока фотоны постепенно не покинут резонатор.
К самоподдерживающимся системам
Результаты исследования показывают, что свет, испускаемый атомами, может сам по себе служить связующей средой между массивами в будущих квантовых компьютерах. «Это имеет решающее значение, потому что не нужно будет постоянно вмешиваться. После настройки система может естественным образом оставаться вне теплового равновесия в течение длительного времени», — сказал Марино.
Исследование было поддержано Немецким исследовательским фондом и Европейским союзом. Работа основывается на растущих квантовых исследованиях Университета Буффало, включая недавно созданный Квантовый институт UB.
Комментариев нет:
Отправить комментарий