Оптическая память в микроячейке из паров рубидия
Как и их традиционные аналоги, такие квантовые сети требуют элементов памяти, в которых информация может временно храниться и маршрутизироваться по мере необходимости. Группа исследователей из Базельского университета под руководством профессора Филиппа Тройтлейна разработала такой элемент памяти, который можно изготавливать на микротехнологиях и, следовательно, пригоден для массового производства. Их результаты были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Световые импульсы можно хранить и извлекать в стеклянной ячейке, которая заполнена атомами рубидия и имеет размер всего несколько миллиметров.
Предоставлено: Базельский университет, факультет физики/Sixel.
Исследователи из Базельского университета создали элемент квантовой памяти на основе атомов в крошечной стеклянной ячейке. В будущем такие квантовые воспоминания можно будет массово производить на пластинах.
Трудно представить нашу жизнь без таких сетей, как Интернет или сети мобильной связи. В будущем планируется создание аналогичных сетей для квантовых технологий, которые обеспечат защищенную от прослушивания передачу сообщений с использованием квантовой криптографии и позволят соединять квантовые компьютеры друг с другом.
Как и их традиционные аналоги, такие квантовые сети требуют элементов памяти, в которых информация может временно храниться и маршрутизироваться по мере необходимости. Группа исследователей из Базельского университета под руководством профессора Филиппа Тройтлейна разработала такой элемент памяти, который можно изготавливать на микротехнологиях и, следовательно, пригоден для массового производства. Их результаты были опубликованы в журнале Physical Review Letters.
Хранение фотонов в стеклянных ячейках
Легкие частицы особенно подходят для передачи квантовой информации. Фотоны можно использовать для отправки квантовой информации по оптоволоконным кабелям на спутники или в элемент квантовой памяти. Там квантовомеханическое состояние фотонов должно быть максимально точно сохранено и через определенное время преобразовано обратно в фотоны.
Два года назад исследователи из Базеля продемонстрировали, что это хорошо работает, используя атомы рубидия в стеклянной ячейке. «Однако эта стеклянная камера была изготовлена вручную и имела размер несколько сантиметров», — говорит постдок доктор Роберто Моттола. «Чтобы быть пригодными для повседневного использования, такие клетки должны быть меньше и их можно производить в больших количествах».
Именно этого добились Трейтлейн и его сотрудники. Чтобы использовать гораздо меньшую ячейку размером всего в несколько миллиметров, полученную в результате массового производства атомных часов, им пришлось разработать несколько приемов. Чтобы иметь достаточное количество атомов рубидия для квантового хранения, несмотря на небольшой размер ячейки, им пришлось нагреть ячейку до 100°С, чтобы увеличить давление пара.
Более того, они подвергли атомы воздействию магнитного поля силой в 1 тесла, что более чем в 10 000 раз сильнее магнитного поля Земли. Это сместило уровни атомной энергии таким образом, что облегчило квантовое хранение фотонов с помощью дополнительного лазерного луча. Этот метод позволил исследователям хранить фотоны в течение примерно 100 наносекунд. За это время свободные фотоны прошли бы 30 метров.
1000 квантовых воспоминаний на одной пластине
«Таким образом, мы впервые создали миниатюрную квантовую память для фотонов, около 1000 копий которой можно производить параллельно на одной пластине», — говорит Тройтлейн.
В текущем эксперименте хранение было продемонстрировано с использованием сильно ослабленных лазерных импульсов, но в ближайшем будущем Тройтлейн в сотрудничестве с CSEM в Невшателе также хочет хранить одиночные фотоны в миниатюрных ячейках. Более того, формат стеклянных ячеек еще необходимо оптимизировать, чтобы как можно дольше хранить фотоны, сохраняя при этом их квантовые состояния.
