Суператомите се притичват на помощ. Как едно ново откритие ще спаси квантовия интернет

Обикновените кубити вече не могат да се справят, те спешно се нуждаят от „по-голям брат“.

Изследователи от Техническия университет „Чалмърс“ представиха нов клас квантови системи – гигантски суперматоми, способни надеждно да прехвърлят квантовите състояния между отдалечени устройства. Това откритие може да бъде стъпка напред в създаването на сигурни и мащабируеми квантови мрежи.

Настоящите квантови технологии разчитат на способността на системите да прехвърлят заплетени квантови състояния, като същевременно ги запазват от разрушаване – процес, известен като декохерентност. Това изисква специални структури, които са устойчиви на външните шумове и имат способността да предават информация по насочен начин.

През последните години за тази цел се използват т.нар. гигантски атоми – изкуствени структури, взаимодействащи с околната среда в няколко отдалечени точки. Сега учените са отишли по-далеч, като са разработили нов тип такива системи – гигантски суператоми. Те се състоят от два или повече изкуствени атома, обединени в едно многоизмерно квантово образувание. За разлика от предишните решения тези структури имат вътрешни връзки, което разширява тяхната функционалност.

Изследователската група предлага два варианта за конфигурация на суператомите: преплетени, при които точките на свързване между структурите се пресичат, и отделни – без пресичания. В първия случай е възможно да се реализира прехвърляне на квантова информация между устройства със запазване на заплитането, а вторият е подходящ за създаване на насочено излъчване, при което фотоните се разпространяват строго в една посока.

Изследователите подчертават, че суперматомите могат да бъдат конфигурирани по такъв начин, че надеждно да прехвърлят квантови състояния, без да ги изкривяват. Това е особено важно за развитието на квантовите комуникации и разпределените изчисления. Потенциално такива структури могат да се използват за изграждане на стабилни мрежи, в които квантовата информация ще се предава без загуби.

Освен това изследователите обмислят възможността за прилагане на суператомите в по-сложни среди – например в топологични или фотонни системи със специални свойства. Това открива перспективи за защита на заплитането и контрол на фотонните потоци при условия, недостъпни за други квантови излъчватели.

Предложените концепции могат да послужат за основа на следващото поколение квантови технологии, в които уникалните интерферентни ефекти, характерни за гигантските структури, ще бъдат използвани по-ефективно и в по-широк спектър от приложения. Авторите планират да развият проекта, като доближат теоретичните идеи до практическите приложения.