|
Прогресс в области квантовой памяти
|
|
|
|
В рамках прорывного развития квантовых технологий исследователи из Университета науки и технологий Китая продемонстрировали новый метод хранения и извлечения квантовой информации, опубликованный в National Science Review. Это новшество может проложить путь к созданию крупномасштабных квантовых сетей, преодолевая одну из ключевых проблем в этой области: потерю передачи на большие расстояния.
|
|
|
|
Квантовая память является важнейшим компонентом квантовой коммуникации и вычислений, выступая в качестве устройств, которые хранят и синхронизируют квантовую информацию. Традиционно квантовая запутанность на короткие расстояния не могла быть эффективно подключена на большие расстояния из-за потерь фотонов при передаче.
|
|
|
|
“Фотонная интегрированная квантовая память необходима для построения масштабируемых квантовых сетей”, - отмечают исследователи в своей статье.
|
|
|
|
Однако, используя методику, известную как спин-волновое квантовое запоминающее устройство, исследователи открыли способ увеличения времени хранения и повышения надежности, что, возможно, станет важной вехой в квантовой технологии.
|
|
|
|
|
|
|
Проблема спин-волнового запоминающего устройства
|
|
|
|
Спин-волновое квантовое запоминающее устройство - это технология, при которой легкие частицы, называемые фотонами, сохраняются в уникальных свойствах специальных кристаллов, изготовленных из редкоземельных элементов. Эти кристаллы известны своей исключительной способностью сохранять квантовую информацию. Этот метод позволяет извлекать сохраненную информацию всякий раз, когда это необходимо, и позволяет хранить ее гораздо дольше, чем традиционные методы.
|
|
|
|
Однако спин-волновой накопитель сталкивается с серьезной проблемой: трудно выделить крошечные квантовые сигналы из фонового шума, создаваемого мощными лазерными импульсами, которые управляют системой. Этот шум затрудняет эффективное использование спин-волнового накопителя в компактных твердотельных устройствах. До сих пор ни одно подобное интегрированное устройство не могло успешно реализовать эти методы хранения данных.
|
|
Новое решение для борьбы с шумом
|
|
|
|
Исследовательская группа под руководством профессоров Чуань-Фэн Ли и Цзун-Цюань Чжоу разработала новое решение, используя специализированное устройство, изготовленное по технологии фемтосекундной лазерной записи (фемтосекунда - это одна квадриллионная секунды, или 10-15 секунд).
|
|
|
|
Этот подход позволил им создать кругосимметричный волновод внутри кристалла ортосиликата иттрия, легированного европием, редкоземельного кристалла, используемого в аналогичных исследованиях. Уникальная конструкция обеспечивает поляризационную фильтрацию шума, эффективно подавляя нежелательные сигналы и сохраняя целостность сохраненной квантовой информации.
|
|
|
|
Чтобы улучшить работу своей системы, команда использовала несколько хитроумных методов снижения шума, таких как управление хронометражем, фильтрация определенных цветов света и специальная установка, которая посылала сигналы и управляющие импульсы в противоположных направлениях. Эти методы помогли им отделить слабые квантовые сигналы от более сильных лазерных импульсов, что позволило более эффективно сохранять и извлекать сигналы.
|
|
|
|
Исследователи протестировали два способа хранения квантовой информации: один называется “бесшумное фотонное эхо” (NLPE), а другой - “атомно-частотная гребенка” (AFC). Они обнаружили, что метод NLPE в четыре раза эффективнее, чем AFC, поскольку обеспечивает наилучшую работу кристалла. Самое впечатляющее, что их устройство может хранить и извлекать квантовую информацию с надежностью 94,9%, что намного выше, чем у любой традиционной технологии.
|
|
Приближаемся к квантовой памяти
|
|
|
|
Это достижение представляет собой “долгожданную цель” в области исследований квантовой памяти, как отмечают исследователи в своей статье. Интегрированная спин-волновая квантовая память не только закладывает основу для мультиплексированных квантовых ретрансляторов, необходимых для построения крупномасштабных квантовых сетей, но и открывает двери для создания высокопроизводительных и переносимых квантовых запоминающих устройств.
|
|
|
|
По мере продвижения квантовой эры подобные инновации приближают нас к реализации потенциала квантовых сетей, обещая более быстрые и безопасные системы связи.
|
|
|
|
Источник
|
