Физики из университета Торонто совершили большой шаг к созданию универсального квантового компьютера — им удалось заставить одиночные фотоны взаимодействовать друг с другом через облако атомов рубидия, что в перспективе позволит создать полностью световые логические элементы. Результаты эксперимента были опубликованы в журнале Nature Physics.
Совершив это открытие, канадские физики очень близко подошли к решению одной из фундаментальных проблем квантовых и световых вычислений — того, что фотоны, частицы света, крайне неохотно взаимодействуют друг с другом, что делает почти невозможным создание полноценных логических цепей и заставляет физиков идти на различные ухищрения при разработке квантовых компьютеров.
Эфраим Стайнберг, ведущий автор статьи, и его коллеги нашли потенциальный способ обойти это препятствие, наблюдая за тем, как одиночные фотоны взаимодействовали с атомами рубидия, охлажденным до температур, близких к абсолютному нолю и сделанных относительно «прозрачными» при помощи мощного электромагнитного поля.
Когда фотон попадает в окрестности одного из атомов, он «спутывался» с ним на квантовом уровне и переводил атом в особое состояние, в котором его оптические свойства заметно менялись. Возникал небольшой, но хорошо заметный фазовый сдвиг, благодаря которому рубидиевое облако начинало взаимодействовать с другим лучом света, который ученые направляли на него, несколько иным образом из-за изменившегося коэффициента преломления.
Данный эффект, как объясняют Стайнберг и его коллеги, позволяет в принципе создавать полноценные логические элементы, способные исполнять простейшие операции — к примеру, «И», «ИЛИ», «НЕ».
Подобная задача будет решена, как признают исследователи, далеко не сразу, так как для этого необходимо сделать облако атомов еще более прозрачным и исключить возможность появления светового «эха» и других помех, способных внести искажения в результаты вычисления. Кроме того, данный эффект может помочь физикам следить за взаимодействиями одиночных фотонов и их групп, и изучить многие оптические процессы на практике, о природе которых мы пока знаем только в теории.