Открытие механизма «гипер-потерь» в квантовых оптических системах

Наконец могу рассказть о нашем открытии, про историю публикации которого я жаловался вам уже вот больше года. Мы открыли новый механизм потерь в оптических системах (мы его называем "гипер-потери" — hyperloss по-английски звучит получше). Все знают или по крайней мере слышали, что потери (и декогеренция в целом) критично важны для квантовых систем. Например, главная причина, почему мы до сих пор не можем сделать хороших квантовых компьютеров — декогеренция, которая разрушает квантовое состояние внутри компьютера. При этом часто даже совсем небольшое количество потерь оказывается очень серьезным: скажем, 5-10% потерь во всей системе уже ограничивают ее полезность. Один из источников потерь в оптических системах — неидеальная интерференция между разными лазерными пучками. Каждый лазерный луч имеет свою форму (расширяется, сфокусирован где-то). Если форма лучей не идеальна совпадает, часть их не интерферирует и оказывается в другой "моде": после интерференции получается два луча — основной формы и некоторой хитрой "остаточной". Мы это называем рассогласованием мод. Обычно это считается источником потерь, что уже довольно плохо. Мы показали в эксперименте, что это гораздо более катастрофический эффект. Мы открыли, что в некоторых условиях даже очень небольшое рассогласование мод (в несколько %) может привести к полной потери всех квантовых корреляций. Более того, система оказывается в практически тепловом состоянии — хуже, чем если бы не использовали квантового света вовсе. Поэтому мы назвали эффект "гипер" потери. Во многих квантовых сетях мы используем сжатый свет (я много писал про него, тут например). В нем неопределенность какого-то параметра луча (например, фазы) сжимается ниже пределеа Гейзенберга — ценой пропорционального разжатия другого параметра. Обычно мы настраиваем весь эксперимент так, чтобы он использовал эту сжатую неопределенность. В данном эксперименте мы начинаем с 5.8 дБ сжатия (неопределенность ниже примерно в два раза меньше основного состояния), и после двух взаимодействий в системе, мы теряем все сжатие и остаемся с 1.5 дБ теплового состояния. Эффект проявляется, когда у нас есть несколько компонентов, где есть рассогласование мод и при этом значительное сжатие. Во многих современных системах этот режим еще не достигается, поэтому до сих эффект практически не наблюдали. Но в будущем квантовые сети и квантовые компьютеры будут подвержены эффекту гиперпотерь, что до сих пор никем не учитвалось. К счастью, мы также придумали, как можно использовать этот эффект во благо: при правильной настройке фаз можно не только полность убрать гипер-потери, но и минимизировать общие потери на рассогласование мод. Например, в эксперименте у нас около 15% потерь, но мы превращаем их в эффективные 2.8% потерь. Статья опубликована в Nature Communications: https://www.nature.com/articles/s41467-026-75899-5 Я расскажу еще детали работы подробно в отдельном посте.