Ученые нашли удивительно простой способ создания мощных квантовых состояний

Исследователи из Чикагского университета (Pritzker School of Molecular Engineering) обнаружили, что с помощью простых модификаций стандартной установки квантовой оптики можно генерировать широкий спектр сильно запутанных квантовых состояний. Работа опубликована в журнале Physical Review X.

Традиционно создание сложных запутанных состояний, необходимых для квантовых сенсоров и компьютеров, требовало сложного оборудования. Ученые предложили более простой теоретический метод, использующий инструменты, уже распространенные в лабораториях. Их подход основан на системе «кавитационной квантовой электродинамики» (cavity QED), где атомы помещаются в оптическую полость между двумя зеркалами.

Проблема стандартных систем в том, что все атомы взаимодействуют со светом одинаково, что ограничивает типы получаемых состояний. Исследователи нашли способ снизить эту симметрию: дополнительные лазеры или магнитные поля сдвигают энергии возбужденных состояний разных групп атомов. Атомы располагаются так, что каждый из них имеет партнера с равным, но противоположным энергетическим сдвигом. Это позволяет атомам вести себя по-разному, сохраняя при этом управляемость системы.

«Вы включаете эти лазеры и ждете, и в какой-то момент система стабилизируется в интересном, сильно запутанном квантовом состоянии. Просто регулируя лазеры, мы можем получить такие типы запутанных состояний, о которых никто раньше не думал», — пояснил первый автор работы Анджун Чу.

Одно из главных применений — квантовое зондирование. Предложенная система с двумя группами атомов может измерять градиенты магнитных или гравитационных полей, одновременно отфильтровывая фоновый шум. Это сочетает высокую чувствительность с устойчивостью к помехам, что обычно несовместимо. Кроме того, платформа способна генерировать необычные состояния, например, состояние AKLT, известное с 1980-х годов и потенциально полезное для квантовых вычислений.

Пока работа носит теоретический характер, но исследователи уже обсуждают экспериментальные проверки с другими группами.