Ученые обратились именно к такой системе потому, что ее квантовым состоянием можно управлять лазерными импульсами, а сведения о нем — получать по испускаемому свету. При этом носителем информации служит не отдельная квазичастица, а конденсат целиком. Для записи информации физики выбрали два пространственно локализованных конденсата. В каждом из них поляритоны образуют две области высокой плотности, поэтому распределение напоминает гантель. Эти «гантели» ориентированы по-разному: вдоль одной или другой оси овальной ловушки. Одно состояние условно обозначили нулем, другое — единицей. Работа опубликована в журнале physica status solidi (b). Два пространственных состояния поляритонного конденсата с разной ориентацией областей высокой плотности. Экспериментальные изображения из предыдущей работы исследователей; координаты указаны в микрометрах / © R. V. Cherbunin и соавторы, arXiv:2407.12429v3, фрагменты рисунка 1 (d, e); CC BY 4.0 Эти состояния можно накладывать друг на друга, получая суперпозицию. Так возникает аналог кубита: информация связана с соотношением заселенностей двух квантовых состояний и разностью их фаз — тем, насколько колебания одного состояния опережают колебания другого. В более ранних экспериментах, на которые опирались исследователи, одним таким конденсатом уже научились управлять. Из-за овальной формы ловушки два выбранных базисных состояния немного различались по энергии, а их интерференция вызывала колебания. Направляя лазерные импульсы в определенные точки, ученые меняли частоту, размах и фазу этих колебаний. В новой работе физики рассчитали, как управлять совместным состоянием двух конденсатов. Ученые рассмотрели два конденсата в соседних овальных ловушках с туннельной связью, позволяющей их волновым состояниям взаимодействовать. Описание пары аналоговых кубитов ограничили четырьмя комбинациями: 00, 01, 10 и 11. Затем рассчитали, как меняется их суперпозиция под действием света. Расчеты выполнили в приближении среднего поля: каждый конденсат описывали как целостный объект, двухуровневую квантово-механическую систему. В обобщенном уравнении Шредингера для двух таких систем учли не только удерживающие поляритоны ловушки, но и потери поляритонов, а также их постоянное поступление из двух отдельных резервуаров экситонов. Эти резервуары тоже изменялись со временем, поэтому их поведение рассчитывали вместе с поведением конденсатов. В предложенной схеме использовали два коротких световых импульса, воздействующих на области левой и правой ловушек. Они создавали дополнительные облака экситонов, которые отталкивали поляритоны. Так исследователи намеренно изменяли условия движения поляритонов в обеих ловушках и управляли совместным состоянием конденсатов. Положение световых пятен определяло, какие участки конденсатов испытывали отталкивание. Поскольку два выбранных состояния имеют разное пространственное распределение, одно и то же воздействие меняло их неодинаково. Подбирая точки приложения импульсов, исследователи меняли соотношение этих состояний и разность их фаз. В расчетах они искали положения, при которых совместное состояние двух конденсатов становилось максимально неразделимым. В рассмотренном примере свет создавал локальные возмущения характерной шириной около одного микрометра — 0,001 миллиметра. Схема управления двумя связанными поляритонными конденсатами. Световые импульсы создают локальные облака экситонов, которые отталкивают поляритоны и изменяют волновые состояния в ловушках. Положения световых пятен показаны условно / © схема сгенерирована в ChatGPT 6 Astra по материалам physica status solidi (b) В начале расчета общее состояние системы задавалось независимыми состояниями двух конденсатов. После воздействия импульсов такое описание уже не подходило: совместное квантовое состояние нельзя было представить как произведение двух отдельных состояний — по одному для каждого конденсата. Эту неразделимость ученые называют классической полевой запутанностью.