Суператомы спешат на помощь. Как новое открытие спасёт квантовый интернет

Исследователи из Технологического университета Чалмерса представили новый класс квантовых систем — гигантские суператомы, способные надёжно передавать квантовые состояния между удалёнными устройствами. Это открытие может стать шагом вперёд в создании защищённых и масштабируемых квантовых сетей.

Современные квантовые технологии опираются на способность систем передавать запутанные квантовые состояния, сохраняя их от разрушения — процесса, известного как декогеренция. Для этого требуются специальные структуры, устойчивые к внешнему шуму и обладающие возможностью направленной передачи информации.

В последние годы в этих целях начали использовать так называемые гигантские атомы — искусственные структуры, взаимодействующие с окружающей средой в нескольких удалённых точках. Теперь учёные пошли дальше, разработав новый тип подобных систем — гигантские суператомы. Они состоят из двух или более искусственных атомов, объединённых в одно многомерное квантовое образование. В отличие от предыдущих решений, эти структуры обладают внутренними связями, что расширяет их функциональность.

Исследовательская группа предложила два варианта конфигурации суператомов: переплетённые, где точки связи между структурами перекрещиваются, и раздельные — без пересечений. В первом случае удаётся реализовать передачу квантовой информации между устройствами с сохранением запутанности, а второй подходит для создания направленного излучения, при котором фотоны распространяются строго в одну сторону.

Исследователи подчёркивают, что суператомы можно сконфигурировать так, чтобы они надёжно передавали квантовые состояния, исключая их искажение. Это особенно важно для развития квантовых коммуникаций и распределённых вычислений. Потенциально такие структуры можно будет использовать для построения устойчивых сетей, в которых квантовая информация будет передаваться без потерь.

Кроме того, исследователи рассматривают возможность применения суператомов в более сложных средах — например, в топологических или фотонных системах с особыми свойствами. Это открывает перспективы по защите запутанности и контролю фотонных потоков в условиях, недоступных для других квантовых эмиттеров.

Предложенные концепции могут стать основой для следующего поколения квантовых технологий, в которых уникальные эффекты интерференции, характерные для гигантских структур, будут использоваться более эффективно и в более широком спектре задач. Авторы планируют развивать проект, приближая теоретические идеи к практическому применению.