Специалисты совершили впечатляющий технологический прорыв, разработав инновационную лазерную систему, способную формировать до 14 взаимосвязанных ультракоротких лазерных импульсов. Эти уникальные импульсные структуры, известные как солитонные молекулы, при прохождении через нелинейный кристалл создают сжатое запутанное состояние – ключевой элемент для функционирования квантовых компьютеров. Особую ценность представляет исключительная стабильность и минимальный уровень шума полученных импульсов, что обеспечивает высокую устойчивость запутанных состояний к деградации и ошибкам.
Современные квантовые компьютеры демонстрируют революционный подход к вычислениям благодаря феномену квантовой запутанности. В их основе лежат квантовые биты (кубиты), образующие взаимосвязанную систему. Уникальность кубита заключается в его способности находиться в состоянии суперпозиции, одновременно представляя значения 0 и 1 до момента измерения. Это свойство открывает новые горизонты в решении сложнейших математических задач. Тем не менее, существующие квантовые компьютеры сталкиваются с серьезной проблемой: увеличение числа кубитов приводит к снижению эффективности их взаимодействия, что негативно влияет на квантовый параллелизм – основу производительности квантовых алгоритмов. Аналогичные ограничения характерны и для ультракоротких лазерных импульсов, рассматриваемых как перспективная альтернатива традиционным кубитам.
Коллектив исследователей из ведущих научных центров Москвы представил инновационное решение для создания сжатых запутанных состояний на основе солитонных молекул. Эти удивительные структуры представляют собой комплексы ультракоротких импульсов, взаимодействующих таким образом, что формируют стабильное единое целое. Созданная учеными установка позволила преодолеть традиционное ограничение в 2-3 молекулы и достичь впечатляющего результата – 14 когерентно связанных импульсов, где состояние каждого компонента влияет на общую динамику системы.
Разработанная лазерная система использует стандартный лазерный диод в качестве источника энергии. Излучение, проходя через кольцевой волоконный резонатор, формирует стабильные солитонные структуры. Важным преимуществом системы является возможность контролировать количество генерируемых молекул путем регулировки энергии источника, что открывает перспективы масштабирования квантовых вычислительных систем.
Особого внимания заслуживает феноменальная стабильность полученных солитонных молекул. Несмотря на изначально хаотичную природу лазерного излучения, сформированные структуры демонстрируют четкий сигнал с минимальными шумовыми характеристиками. Эта способность к самоорганизации и подавлению шумов открывает путь к созданию более надежных квантовых компьютеров, сохраняющих стабильность при увеличении числа взаимодействующих компонентов.
Перспективы применения солитонных молекул простираются далеко за пределы квантовых вычислений. В частности, эта технология находит применение в разработке инновационных лазерных систем для дерматологии в рамках стратегического направления «Фотоника». Исследователи планируют продолжить изучение феномена самовычитания шумов в импульсных структурах и создать экспериментальную установку для генерации и анализа качества сжатых запутанных состояний с использованием высоконелинейных сред.
Источник: scientificrussia.ru