Квантові технології вважаються одним із найперспективніших напрямів сучасної науки, але їхній розвиток стримує одна серйозна проблема — надзвичайна чутливість до зовнішніх впливів. Навіть незначні виробничі дефекти або випадкові шуми з навколишнього середовища можуть порушити роботу квантових систем. Тепер фізики з RIKEN запропонували новий підхід, який може зробити квантові пристрої значно надійнішими.
Дослідження присвячене явищу так званої нерецирокної квантової синхронізації. Якщо пояснити простими словами, йдеться про ситуацію, коли дві квантові системи можуть «узгоджувати» свою роботу лише в одному напрямку. Сигнал передається вперед, але не повертається назад. Такий принцип давно використовується в електроніці та оптиці, де він допомагає уникати небажаних відбиттів і перешкод.
Науковці вирішили застосувати цю ідею до фононів — квазічастинок, які відповідають за передачу механічних коливань у матеріалах. Саме фонони відіграють важливу роль у багатьох квантових пристроях і можуть використовуватися для передачі інформації.
Нова теоретична модель поєднує два квантові ефекти, які працюють разом. У результаті система синхронізується, коли на неї впливають світлом або магнітним полем з одного боку. Якщо ж той самий сигнал надходить із протилежного напрямку, синхронізація не виникає. Це створює своєрідний «квантовий клапан», який пропускає впорядковану взаємодію лише в один бік.
Найважливіше те, що запропонований механізм залишається працездатним навіть за наявності значних дефектів та шуму. Раніше вважалося, що без складних схем захисту досягти такої стійкості практично неможливо.
Дослідники наголошують, що це відкриття може стати основою для створення більш стабільних квантових процесорів, захищених каналів зв’язку та нових методів обробки інформації. Чим краще вдається контролювати квантові системи, тим ближчими стають потужні квантові комп’ютери, здатні виконувати завдання, недоступні сучасній техніці.
Наступним кроком стане вивчення можливостей застосування цієї технології у квантових мережах та системах, стійких до помилок. Якщо теоретичні розрахунки підтвердяться експериментально, це може стати важливим проривом на шляху до практичного використання квантових технологій у повсякденному житті.