Ученые: "виртуальный свет" поможет ускорить квантовые компьютеры
МОСКВА, 2 авг – РИА Новости. Итальянские физики выяснили, что одна частица света может одновременно воздействовать сразу на два атома, что можно использовать для повышения надежности кубитов, базовых ячеек квантовых компьютеров, и ускорения их работы, сообщает Live Science.
"Я не помню, что я конкретно делал, когда я увидел, что один фотон может воздействовать сразу на два атома, но коллеги говорят, что я радостно воскликнул и ударил кулаком в стену. Что еще более удивительное – данный процесс может идти в обратную сторону – два атома могут вместе перейти на более низкий уровень энергии и испустить один фотон. Это произойдет случайно, но, что самое важное, одновременно", — рассказывает Сальваторе Саваста (Salvatore Savasta) из университета Мессины (Италия).
Саваста и его коллеги открыли этот необычный феномен, который они назвали "виртуальным светом", изучая то, как одиночные фотоны могут взаимодействовать с единичными атомами, используя реалистичные компьютерные модели квантового мира.
Наблюдения в ходе предыдущих экспериментов натолкнули Савасту на мысль, что фотоны с точно выверенным уровнем энергии могут воздействовать не на один, а на два атома одновременно, "расщепляясь" между ними в момент взаимодействия. Возможность подобного исхода событий давно является предметом яростных споров среди физиков, большинство которых считает, что это не возможно в принципе. Физики изучили свойства "однополюсной" частицы, монополя Дирака
Авторы статьи показали, что такое все же может происходить, если фотон и атомы будут находиться в особой "клетке", которая будет вибрировать на частоте в два раза большей, чем частота колебаний самой частицы света. При этом эта камера, представляющая собой особую конфигурацию из лучей лазера или микроволновых излучателей, должна быть способна переводить атомы в возбужденные состояния.
Если эти условия будут выполнены, то в камере будет проходить процесс, похожий на так называемые осцилляции Раби – циклическое испускание возбужденным атомом фотона и его почти немедленное поглощение. Подобные колебания сегодня активно используется для манипуляции содержимым кубитов – простейших вычислительных модулей квантовых компьютеров и основу их памяти, которые обычно представляют собой ионы различных атомов.
Подобное поведение фотона, по мнению авторов статьи, объясняется тем, что вакуум не является абсолютно пустым — в нем постоянно рождаются пары частиц и античастиц, которые сразу же аннигилируют и исчезают. Когда фотон "расщепляется", возникает два виртуальных фотона с половиной энергии их "прародителя", которые немедленно и одновременно поглощаются атомами, что позволяет обходить принцип "нерасщепимости" частиц света.
Открытый итальянскими физиками эффект, если его существование будет подтверждено на практике, можно будет использовать для более удобного получения "запутанных" частиц, используемых в квантовых компьютерах, и для увеличения точности их работы.