Учёные Университета МИСИС и Математического института им. В. А. Стеклова РАН предсказали ранее неизвестное ловушечное поведение в задачах управления трехуровневыми квантовыми системами типа Лямбда-атомов. Открытие «ловушек» поможет лучше управлять квантовыми объектами, что критически важно для развития квантовых вычислений, связи и памяти.
Лямбда-атомы широко применяются в квантовой оптике, например, для разработки квантовой памяти и создания электромагнитно-индуцированной прозрачности. Кроме того, такие системы рассматриваются как основа для кутритов — аналогов кубитов с тремя состояниями, которые могут стать новыми «строительными блоками» для квантовых процессоров.
«Оптимальное управление такими системами — сложная задача, сравнимая с поиском высшей точки в горной местности вслепую: двигаясь вверх, можно достичь вершины, но не всегда ясно, самая ли она высокая. Аналогично в задачах управления квантовыми системами возникает некоторый квантовый ландшафт, в котором могут существовать „ловушки“ — субоптимальные решения, например лазерные импульсы, которые трудно улучшить стандартными методами оптимизации», — отметил д.ф.-м.н. Александр Печень, главный научный сотрудник лаборатории сверхпроводниковых квантовых технологий НИТУ МИСИС, заведующий отделом математических методов квантовых технологий Математического института им. В. А. Стеклова РАН.
Считалось, что квантовые системы типа Лямбда-атомов демонстрируют лишь слабо выраженное ловушечное поведение — именно на их примере этот эффект был впервые обнаружен. Однако в ходе нового исследования учёные выявили неожиданный феномен.
«Мы выяснили, что при наличии особых симметрий в системе возникает гораздо более выраженное ловушечное поведение, чем считалось ранее. Это существенно усложняет поиск оптимальных управляющих импульсов и требует разработки новых подходов к оптимизации квантовых процессов», — добавил к.ф.-м.н. Борис Волков, ведущий инженер лаборатории сверхпроводниковых квантовых технологий НИТУ МИСИС.
Это открытие углубляет понимание фундаментальных ограничений в управлении квантовыми объектами. Работа опубликована в научном журнале Physical Review A (Q1).
Исследование выполнено в рамках стратегического технологического проекта НИТУ МИСИС «Квантовый интернет» по программе Минобрнауки России «Приоритет-2030» и при поддержке гранта Российского научного фонда «Математические методы для задач управления в квантовых системах» в МИАН.
