Фото: Wei Li, Parvez Islam, and Patrick Windpassinger / Physical Review Letters. Ученые из Германии и Китая продемонстрировали возможность записи и передачи световых сигналов на расстоянии более миллиметра, используя целый ансамбль охлажденных атомов рубидия в качестве квантовой памяти. Результаты исследования опубликованы в престижном журнале Physical Review Letters. Данная работа представляет собой значительный шаг вперед в области квантовых коммуникаций, поскольку полное управление квантовой информацией (запись, хранение и считывание) является ключевым фактором для ее надежной передачи. Использование фотонов для коммуникации считается одним из наиболее перспективных направлений, позволяющих обеспечить высокую скорость и безопасность передачи информации. Однако создание эффективной квантовой памяти для света сталкивается с рядом сложностей, связанных с сохранением, транспортировкой и извлечением информации из световых сигналов.
Экспериментальная установка для записи света в ансамбль холодных атомов и транспортировки. Wei Li, Parvez Islam, and Patrick Windpassinger / Physical Review Letters
Квантовая память на основе холодных атомов обладает потенциалом высокой эффективности и когерентности, что делает ее привлекательной для интеграции в квантовые сети связи. До настоящего времени экспериментальное подтверждение процедуры хранения и передачи света с помощью охлажденных атомов оставалось нереализованным.
Физики из Бэйханского и Майнцского университетов под руководством профессора Патрика Виндпассингера (Patrick Windpassinger) впервые осуществили контролируемый перенос накопленного света на расстояние более 1,2 миллиметра с помощью холодных атомов и показали, что такой перенос света практически не влияет на когерентные свойства системы.
Ранее эта научная группа разработала технологию для перемещения ансамбля холодных атомов в пространственной оптической ловушке, которая создается двумя лазерными лучами. Такой метод позволяет перемещать большое количество атомов и размещать их в нужном месте с высокой пространственной точностью. Важно, что процедура осуществляется без значительных потерь в количество атомов и не нагревает ансамбль.
Схема протокола записи, перемещения и считывания света. Wei Li, Parvez Islam, and Patrick Windpassinger / Physical Review Letters
Физикам удалось использовать этот метод для переноса атомных облаков рубидия-87, которые служили в качестве световой памяти. Световое возбуждение записывалось в атомы, перемещалось вместе с ансамблем и затем извлекалось в другой точке пространства. Расстояние транспортировки было ограничено несколькими миллиметрами из-за короткого времени хранения по сравнению со временем, необходимым для транспортировки ансамбля. Ученые надеются, что переход в другой частотный диапазон значительно улучшит время хранения.
Уменьшение сохранения информации в зависимости от расстояния транспортировки. Wei Li, Parvez Islam, and Patrick Windpassinger / Physical Review Letters
Исследователи подчеркивают, что разработанную технологию можно масштабировать на большие расстояния, а также создать новые квантовые устройства, такие как оптические запоминающие машины или оптические квантовые регистры. Ранее мы писали, как физикам из Китая удалось запутать два узла квантовой памяти из холодных атомов через канал длиной 50 километров с помощью фотонов, а ученые из Гарвардского университета создали двумерный антиферромагнетик из холодных атомов лития, захваченных в оптическую решетку.
Автор: Михаил Перельштейн
Источник: https://nplus1.ru/
