|
Высокоэффективная многомерная квантовая память
|
|
|
|
Многие физики и инженеры пытались разработать высокоэффективные квантовые технологии, которые могли бы выполнять функции, аналогичные традиционной электронике, используя квантово-механические эффекты. Это включает в себя многомерную квантовую память, устройства хранения данных с большей информационной емкостью и устойчивостью к помехам, чем двумерная квантовая память. До сих пор развитие этих многомерных воспоминаний оказалось сложной задачей, и большинство попыток не принесли удовлетворительной эффективности. В статье, опубликованной в Physical Review Letters, исследовательская группа из Университета науки и технологий Китая и Хэфэйского педагогического университета недавно представила подход к реализации высокоэффективной 25-мерной памяти на основе холодных атомов.
|
|
|
|
«Наша группа использовала режим орбитального углового момента в космическом канале для изучения многомерного квантового хранилища и накопила богатый исследовательский опыт и технологии», — рассказал Phys.org Донг Шэн Дин, соавтор статьи. «Нашей целью всегда было создание многомерного и высокоэффективного квантового хранилища». В своих предыдущих исследованиях Дин и его коллеги обнаружили, что особые свойства пространственной структуры, известной как идеальное вихревое оптическое поле, могут быть особенно полезны для разработки многомерной квантовой памяти. Это вдохновило их на использование независимого от режима взаимодействия между светом и материей, связанного с этой закономерностью, для реализации многомерного и эффективного квантового хранилища.
|
|
|
«Основной принцип нашего запоминающего устройства основан на явлении электромагнитной прозрачности, которое представляет собой взаимодействие между светом и материей», — объяснил Дин. «Проще говоря, сигнальные фотоны замедляются до нулевой скорости в среде и сохраняются в течение определенного периода времени. Затем сохраненная информация о сигнальных фотонах может быть получена с помощью контрольного света». Квантовая система, созданная исследователями, состоит из сигнальных фотонов, управляющего светового луча, ансамбля холодных атомов рубидия, который служит носителем информации, и пространственного модулятора света, который кодирует и декодирует многомерную квантовую информацию. Память команды кодирует многомерную информацию с помощью сигнальных фотонов, в конечном итоге реализуя многомерное хранение информации в среде.
|
|
|
|
«До нашей работы эффективная квантовая память была ограничена двумерными квантовыми системами хранения», — сказал Дин. «Преимущество нашей работы заключается в расширении размерности хранения с двух до 25, что позволяет подготовить многомерную память, которая работает в многомерном гильбертовом пространстве. Это не только значительно расширяет емкость памяти, но и увеличивает передаваемую емкость. квантовой коммуникации, но также имеет потенциальное значение для отказоустойчивых квантовых вычислений». В ходе первоначальных испытаний исследователи продемонстрировали, что их квантовая память может хранить 25-мерные многомерные состояния. Примечательно, однако, что их система также может хранить произвольные многомерные состояния в диапазоне от 1 до 25 измерений (т. е. включая 3-мерные, 5-мерные, 10-мерные состояния и т. д.).
|
|
|
|
«Наши результаты демонстрируют совместимость нашей памяти с программируемыми многомерными квантовыми состояниями в диапазоне от 1 до 25 измерений», — сказал Дин. «Кроме того, мы теоретически проанализировали масштабируемость размерности нашей памяти. Путем дальнейшей оптимизации конструкции оптического пути мы можем добиться эффективного хранения до 100 или даже более многомерных состояний, демонстрируя уникальные преимущества нашей схемы многомерного хранения." Недавняя работа Дина и его коллег представила новый весьма многообещающий метод достижения эффективного многомерного квантового хранилища. В будущем этот подход может быть использован для создания различных многомерных квантовых воспоминаний, которые, в свою очередь, могут помочь реализовать другие квантовые технологии, такие как многомерные квантовые повторители. «Примечательно, что благодаря нашему подходу можно реализовать на практике многомерную квантовую память», — добавил Дин. «В будущем мы создадим многомерные квантовые повторители, используя многомерную квантовую память, что обеспечит многомерную квантовую связь между двумя или более удаленными квантовыми узлами».
|
|
|
|
Источник
|
