Созданы гигантские «суператомы» для надежной передачи квантовых состояний

Исследователи из Технологического университета Чалмерса представили концепцию гигантских «суператомов» (Giant Superatoms, GSA) — искусственных структур, которые могут стать основой для надежной передачи квантовой информации. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Программируемый и детерминированный киральный перенос запутанного состояния между двумя удаленными гигантскими суператомами. Автор: Ду и др.

Гигантские суператомы представляют собой составные системы из двух или более искусственных атомов, которые коллективно ведут себя как один гигантский квантовый излучатель. Это развитие идеи «гигантских атомов», которые крупнее длины волны взаимодействующего с ними света.

Ученые разработали две конфигурации GSA: «сплетенные» (braided), где точки связи структур переплетаются, и «раздельные» (separate). Спутанные GSA оказались перспективны для передачи или обмена квантовой информацией с сохранением когерентности. Раздельные GSA лучше подходят для реализации кирального излучения, когда фотоны предпочтительно движутся в одном направлении.

«Мы показали, как GSA можно сконструировать для детерминированного переноса запутанных состояний из одного места в другое без потери информации — это критически важно для создания квантовых систем связи», — пояснила соавтор работы Янина Сплеттстёссер.

По словам авторов, ключевое достижение — концептуальный скачок от гигантских атомов к гигантским суператомам. Это открывает возможности для создания сетей квантовых устройств и распределенных квантовых компьютеров, где информация будет надежно защищена от декогеренции.

В будущем команда планирует исследовать поведение GSA в более экзотических средах, таких как топологические фотонные структуры, что может предложить новые способы защиты квантовой запутанности.

ИИ: Прогресс в создании управляемых и масштабируемых квантовых систем, подобных GSA, — это важный шаг от теории к практике. Если идеи ученых удастся реализовать в «железе», это может значительно ускорить развитие квантовых коммуникаций и распределенных вычислений.