Teollisesti valmistettava kvanttimuisti

Baselin yliopiston tutkijat ovat rakentaneet pieneen lasikennon atomeihin perustuvan kvanttimuistielementin.

Perinteisten vastineidensa tavoin kvanttiverkot vaativat muistielementtejä, joihin informaatiota voidaan tilapäisesti tallentaa ja reitittää tarpeen mukaan. Professori Philipp Treutleinin johtama Baselin yliopiston tutkijaryhmä on nyt kehittänyt tällaisen muistielementin, joka voidaan mikrovalmistaa ja soveltuu siten massatuotantoon.

Fotoneja voidaan käyttää erityisen hyvin kvantti-informaation siirtämiseen valokuitukaapeleiden kautta, satelliitteihin tai kvanttimuistielementtiin. Siellä fotonien kvanttimekaaninen tila on tallennettava mahdollisimman tarkasti ja tietyn ajan kuluttua muutettava takaisin fotoneiksi.

Kaksi vuotta sitten Baselin tutkijat osoittivat, että tämä toimii hyvin käyttämällä rubidiumatomeja lasikennossa. "Se lasikenno oli kuitenkin käsintehty ja kooltaan useita senttejä", sanoo postdoc tohtori Roberto Mottola: "Jotta tällaiset kennot soveltuvat päivittäiseen käyttöön, niiden on oltava pienempiä ja niitä on voitava tuottaa suuria määriä."

Juuri tämän Treutlein ja hänen työtoverinsa ovat nyt saavuttaneet. Käyttääkseen paljon pienempää, vain muutaman millimetrin mittaista kennoa, heidän piti kehittää muutamia temppuja. Saadakseen riittävän määrän rubidiumatomeja kvanttitallennukseen kennon pienestä koosta huolimatta, solu piti lämmittää 100 asteeseen höyrynpaineen nostamiseksi.

Lisäksi he altistivat atomit 1 teslan magneettikentälle, joka on yli kymmenen tuhatta kertaa voimakkaampi kuin Maan magneettikenttä. Tämä muutti atomienergiatasoja tavalla, joka helpotti fotonien kvanttitallennusta käyttämällä ylimääräistä lasersädettä. Tämän menetelmän avulla tutkijat pystyivät varastoimaan fotoneja noin 100 nanosekunnin ajan. Siinä ajassa vapaat fotonit olisivat kulkeneet 30 metriä.

"Tällä tavalla olemme rakentaneet ensimmäistä kertaa miniatyyrisen fotonisen kvanttimuistin, jollaisia voidaan tuottaa rinnakkain yhdelle kiekolle noin 1000 kopiota", Treutlein sanoo yliopistonsa tiedotteessa.

Nykyisessä kokeessa tallennusta esitettiin käyttämällä voimakkaasti vaimennettuja laserpulsseja, mutta lähitulevaisuudessa Treutlein haluaa yhteistyössä Neuchatelin CSEM:n kanssa tallentaa myös yksittäisiä fotoneja miniatyyrisoluihin. Lisäksi lasikennojen muotoa on vielä optimoitava, jotta fotonit säilyisivät mahdollisimman pitkään säilyttäen samalla niiden kvanttitilat.

Aiheesta aiemmin:

Vikasietoinen kvanttitietokonemuisti timantissa

Nopea kvanttimuisti fotoneille

Kvanttitoistimia ilman kvanttimuisteja