Главное первое: создание, хранение и получение квантовой информации
Потенциал квантовых вычислений огромен, но расстояния, на которые запутанные частицы могут надежно переносить информацию, остаются серьезным препятствием. Малейшие нарушения могут испортить их отношения.
Чтобы обойти эту проблему, исследователи квантовых вычислений нашли способы стабилизировать длинные оптические волокна или использовали спутники для сохранения сигналов в почти вакууме пространство.
Однако квантовая сеть — это нечто большее, чем просто передача. Ученые изо всех сил пытались достичь своей давно желанной цели — разработать систему взаимосвязанных блоков или «ретрансляторов», которые также могут хранить и извлекать квантовую информацию так же, как это делают классические компьютеры, чтобы расширить охват сети.
Теперь, группа исследователей создала систему узлов атомной обработки, которая может содержать критические состояния, создаваемые квантовой точкой, на длинах волн, совместимых с существующей телекоммуникационной инфраструктурой.
Для этого требуется два устройства: одно для производства и потенциального запутывания фотонов и еще один компонент «памяти», который может хранить и извлекать важнейшие квантовые состояния внутри этих фотонов по требованию, не нарушая их.
«Соединение двух ключевых устройств вместе является решающим шагом вперед в создании квантовых сетей, и мы очень рады стать первой командой, которая смогла это продемонстрировать», — говорит физик по квантовой оптике и ведущий автор Сара Томас из Имперского колледжа Лондона (ICL).
Сделано частично в Германии и США. Собранная в ICL, недавно предложенная система помещает полупроводниковую квантовую точку, способную испускать один фотон за раз, в облаке горячих атомов рубидия, служащую квантовой памятью. Лазер включает и выключает компонент памяти, позволяя сохранять состояния фотонов и высвобождать их из облака рубидия по требованию.
Расстояния, на которые эта конкретная система может передавать квантовую память, являются убежищем еще не тестировался – это всего лишь прототип, подтверждающий концепцию, в подвальной лаборатории, основанный на фотонах, которые даже не запутаны. Но этот подвиг может заложить прочную основу для квантового Интернета, лучше, чем полагаться только на запутанные фотоны.
«Это первая в своем роде демонстрация вызова по требованию света квантовой точки из атомного Память — это первый решающий шаг на пути к гибридным квантовым интерфейсам света и материи для масштабируемых квантовых сетей», — пишет команда в своей опубликованной статье.
Исследователи в области квантовых вычислений пытаются соединить источники фотонного света и узлы обработки. которые хранят квантовые данные в течение некоторого времени, но без особого успеха.
«В том числе и мы, уже дважды проводившие этот эксперимент с разными устройствами памяти и квантовых точек, причем более пяти лет назад, и это просто показывает, насколько сложно так и есть», — говорит соавтор исследования Патрик Ледингем, квантовый физик-экспериментатор из Саутгемптонского университета в Великобритании.
Часть проблемы заключалась в том, что квантовые точки, испускающие фотоны, и атомная «память» ‘ используемые до сих пор узлы были настроены на разные длины волн; их полосы пропускания несовместимы друг с другом.
В 2020 году группа из Китая попыталась охладить атомы рубидия, чтобы привести их в то же запутанное состояние, что и фотоны, но затем эти фотоны пришлось преобразовать в подходящую частоту для передавая их по оптическим волокнам, что может создавать шум и дестабилизировать систему.
Система памяти, разработанная Томасом и его коллегами, имеет достаточно широкую полосу пропускания, чтобы взаимодействовать с длинами волн, излучаемыми квантовой точкой, и достаточно низкий уровень шума, поэтому чтобы не потревожить запутанные фотоны.
Хотя это достижение является значительным, исследователи все еще работают над улучшением своего прототипа. Чтобы создать устройства, готовые к работе в квантовой сети, они хотят попытаться увеличить время хранения, увеличить перекрытие между квантовыми точками и атомными узлами и уменьшить размер системы. Им также необходимо протестировать свою систему с запутанными фотонами.
Пока это остается тонкой нитью, но однажды мы сможем увидеть, как эта технология или что-то в этом роде покроет мир паутиной хрупкой, но стабильной квантовой энергии. сетях.
Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
