Учёные приручили атомы: новый шаг к сверхмощным квантовым компьютерам

Исследователи Калифорнийского технологического института (США) разработали новый метод управления отдельными атомами с использованием оптического пинцета — инструмента, основанного на лазерном свете.

В ходе эксперимента им удалось создать так называемое состояние гиперзапутанности, при котором у пары атомов одновременно совпадают несколько квантовых характеристик.

Квантовый пинцет, позволяющий изолированно манипулировать атомами, в Калтехе применяют уже несколько десятилетий. Он использовался, в частности, для квантовой коррекции и разработки высокоточных часов. Одной из основных технических сложностей в подобных исследованиях является собственное движение атомов, которое может вызывать ошибки в квантовых системах. Однако в новой работе это движение использовано в качестве ресурса.

Авторы эксперимента охладили нейтральный атом щелочноземельного металла до состояния, при котором его тепловое движение практически прекратилось. Затем атом был переведён в режим колебаний в двух направлениях одновременно, что создало состояние суперпозиции. После этого исследователи запутали параметры движения с электронными состояниями пары атомов, добившись гиперзапутанности.

По словам авторов, это позволило закодировать больше квантовой информации на один атом и повысить эффективность систем квантовой связи и вычислений. В перспективе технология может быть применена в квантовом моделировании, точных измерениях и других направлениях фундаментальной и прикладной физики.