Людям, имеющим отношение к электронике и микропроцессорной технике, хорошо известно понятие перепрограммируемых логических матриц, микросхем, внутри которых путем программирования можно создать электронную цифровую схему любого уровня сложности. Нечто подобное было создано группой ученых из Национальной лаборатории Лос-Аламос в Нью-Мексика, но только созданная ими схема была не привычной всем электронной схемой, а квантовой, состоящей из облака сверхохлажденной материи, находящееся в уникальном квантовом состоянии.

Облако охлажденных до сверхнизкой температуры атомов называется конденсатом Бозе-Эйнштена.

Основной особенностью этого облака является то, что за счет определенного квантового состояния отдельных атомов все облако действует как единый квантовый объект, своего рода один атом огромных размеров.

Такие свойства конденсата Бозе-Эйнштена уже используются некоторыми учеными, работающими в области квантовых вычисления и других квантовых технологий, но, к сожалению, конденсат является весьма нестабильным образованием и быстро разваливается на отдельные части под влиянием различных внешних факторов.

Ученые Чангюн Рю (Changhyun Ryu) и Малкольм Бошир (Malcolm Boshier) из Лос-Аламоса нашли способ, который обеспечивает более-менее длительную стабильность конденсата Бозе-Эйнштена, позволяющий, при этом, манипулировать им с целью превращения его в своего рода квантовую схему.

Их установка состоит из двух лазеров. Луч первого лазера формирует в горизонтальной плоскости «площадку» из света, которая выступает в роли «печатной платы» для создаваемой квантовой схемы. Второй луч, ориентированный вертикально, постоянно «рисует на печатной плате» дорожки и элементы квантовой схемы. Конденсат Бозе-Эйнштена, облако из 4 тысяч охлажденных до сверхнизкой температуры атомов рубидия, пойман в ловушку лучей света, где он удерживается силами, подобным силам, действующим в устройствах типа «световой пинцет».

Неравномерность удерживающих конденсат сил оптической природы заставляет его двигаться, заполняя места, которые «нарисованы» лучом второго лазера. Во время экспериментов ученым удавалось формировать из конденсата окружности, прямые линии, сочленения в виде буквы Y и другие элементы, которые являются составными частями сложных квантовых схем. Поскольку эти схемы формируются только при помощи света лазера, ничего не мешает в случае необходимости динамически вносить изменения в эти схемы, меняя функцию схемы буквально «на лету», и «паковать» достаточно сложные схемы в небольшом объеме пространства.

Рис. 1.

Естественно, все эти исследования проводились учеными с дальним прицелом на использование этих технологий в области квантовых вычислений.

Но так как квантовые вычисления находятся еще в очень и очень далекой перспективе, то такие программируемые квантовые схемы могут найти свое первое применение в создании инерциальных навигационных систем.

В этом случае конденсат Бозе-Эйнштена будет играть роль сверхчувствительного гироскопа и акселерометра, при помощи которых можно вычислить точную траекторию движения объекта относительно опорной точки с известными координатами.

Работы по созданию квантовых навигационных систем для субмарин, которые смогут работать при отсутствии сигналов спутниковых навигационных систем, уже ведутся специалистами британской военной Научно-технической лаборатории. И, вполне вероятно, что технология создания «перепрограммируемых» квантовых схем станет именно тем, что позволит реализовать в реальности первую квантовую GPS.