物理学家找到了一种无需磁场、仅用光来“编程”原子的方法——这是量子计算领域的重大突破
维尔纽斯大学物理系的一个研究团队提出了一种理论模型，该模型能够利用光对原子进行预先"编程"，完全无需外部磁场。这是一种操控量子系统的全新方法。
其核心思路如下：一束光首先为原子设定特定状态，随后这种预先准备好的原子介质开始主动改变复杂激光束的形状和偏振。该模型的关键要素是光学涡旋，即具有螺旋波前结构的光束。在其中心，光强降至零，形成一个暗区。该暗区的大小由拓扑电荷决定，作者强调，拓扑电荷没有限制，可以取任意整数值——无论是正数还是负数。
在实践中，这意味着可以获得多达10000种不同状态。与仅能处理两种状态的常见量子比特不同，这里涉及的是量子比特（qudits）——多级量子信息单元。这为数据编码开辟了巨大的可能性。
为了操控矢量涡旋，科学家模拟了光束与原子气体的相互作用，其中原子具有三个能级。在这种环境中，制备好的气体"记住"了光的空间图案：在某些区域，原子开始主动吸收辐射；而在其他区域，它们几乎变得透明。随后产生反馈效应：原子响应重新塑造了光束本身，将简单的环形结构转变为复杂的瓣状图案，中心周围出现多个明亮区域。同时，光束的偏振结构也发生了变化。
此前，这种控制需要强大的外部磁场和笨重的设备。新模型消除了这一依赖，从而从根本上简化了潜在的实验装置。
从理论上讲，这一进展为制造更快的量子处理器、高安全性的量子通信网络以及超高精度的光学传感器铺平了道路。
Cryptalist分析评论： 这种方法在近期量子硬件领域取得成功的背景下显得尤为有前景。例如，就在几天前，桑迪亚国家实验室和Quantinuum发表了一篇关于98量子比特量子计算机Helios的同行评审论文。然而，量子比特的规模化只是成功的一半。无需磁场即可操控量子比特的能力，可能正是将量子计算从实验室奇观转变为工程现实的那块缺失拼图。我们将持续关注其发展。