Физики из России предложили управлять парой аналогов кубитов
Научная группа из МФТИ и Российского квантового центра вместе с коллегами рассчитала, как лазерными импульсами управлять совместным состоянием двух поляритонных аналогов кубитов. В компьютерной модели между ними удалось получить классическую полевую запутанность — особую связь волновых состояний. Такой инструмент может понадобиться для аналоговых симуляторов, воспроизводящих поведение сложных физических систем. Данную информацию сообщает портал Naked Science.
Метод аналогового моделирования основан на замене: изучаемую систему описывают через другую, которой проще управлять. Данные здесь хранят в волновых состояниях, а их эволюцию используют для имитации физических процессов. Чтобы устройства развивались, недостаточно контролировать каждый элемент отдельно — нужно еще создавать и регулировать связи между ними. Именно эту задачу поставили физики.
Элементами будущего симулятора выбрали поляритонные конденсаты. Экситон-поляритоны появляются при сильном взаимодействии фотонов с электронными возбуждениями вещества — экситонами — внутри полупроводникового микрорезонатора. Такие квазичастицы сочетают свойства света и материи, а при лазерной подпитке образуют коллективное состояние — конденсат, описываемый как согласованное волновое поле. Управлять им можно световыми импульсами, сведения о состоянии получают по испускаемому излучению, причем носителем информации служит конденсат целиком, а не отдельная квазичастица.
Для записи данных физики взяли два конденсата, разделенных в пространстве. В каждом поляритоны образуют два плотных сгустка, так что распределение похоже на гантель; ориентация «гантелей» вдоль одной или другой оси овальной ловушки задает два базисных состояния. Первую ориентацию приняли за ноль, вторую — за единицу, а их наложение дает суперпозицию. Аналог кубита возникает потому, что информация зависит от соотношения заселенностей и разности фаз, то есть от того, насколько одно колебание опережает другое.
Опираясь на более ранние опыты с одним конденсатом, физики рассмотрели пару элементов в соседних овальных ловушках с туннельной связью и ограничили описание четырьмя комбинациями — 00, 01, 10 и 11. Расчеты шли в приближении среднего поля: каждый конденсат считали целостной двухуровневой квантовой системой, а в обобщенном уравнении Шредингера учитывали удержание и потери поляритонов, их поступление из двух резервуаров экситонов и изменение этих резервуаров со временем. Два коротких световых импульса создавали дополнительные облака экситонов, которые отталкивали поляритоны; подбирая точки воздействия, авторы меняли соотношение состояний и сдвиг фаз. В примере возмущения имели ширину около одного микрометра — 0,001 миллиметра, а негативность выросла от нуля почти до максимума 0,5; по словам Стеллы Кавокиной из Международного центра теоретической физики имени А. А. Абрикосова МФТИ, подход экспериментально выполним и относительно прост для поляритонной платформы аналогового моделирования.
