Kvanttimuisti yksittäisille fotoneille

Tutkijat yrittävät nyt laajentaa internetin käsitettä kvanttimaailmaan etsien tehokasta tapaa vaihtaa kvantti-informaatiota kubittien kesken.

Keskeinen elementti kvantti-internetin mahdollistamisessa on kvanttitoistin, arkkitehtuuri, jonka tarkoituksena on jakaa lomittuminen pitkien etäisyyksien yli. Kvanttitoistimet puolestaan tarvitsevat kvanttimuisteja, jotka pystyvät pitämään kvanttitilan riittävän pitkän aikaa, synkronoidakseen mittaukset eri verkkosegmenttien välillä ja luodakseen lomittumisen onnistuneesti.

ICFO:n tutkijat Alberto Rodríguez Moldes, Félicien Appas, Jonathan Hänni, Jelena Rakonjac ja Samuele Grandi ICREA:n professori Hugues de Riedmattenin johdolla ovat nyt ottaneet merkittävän askeleen tähän suuntaan.

Yksittäisten fotonien pitkäikäinen varastointi atomiviritysten muodossa on kvanttiverkkojen pitkän matkan lomittumisjakauman perusta. Ympäristön aiheuttamien dekoherenssivaikutusten lieventämiseksi hyperhienojen koherenssien uudelleenvaiheistusta mikroaaltopulssien avulla on jo toteutettu useissa yksittäisen emitterin ja ensemble-pohjaisissa kiinteän olomuodon järjestelmissä.

Mutta yksittäisten fotonien tallennuksen demonstrointi absorboivassa kvanttimuistissa, joka sisältää tällaisen spin-uudelleenvaiheistusmekanismin, on kuitenkin edelleen vaikeaa.

Toteuttamalla nyt spinin uudelleen vaiheistuksen he ovat osoittaneet, että kiinteän olomuodon kvanttimuistit – lupaavat ehdokkaat kvanttiverkkojen rakentamiseen jo todistetun korkean hyötysuhteensa, lomittumisen tallennuskykynsä ja multipleksoinnin ominaisuuksiensa ansiosta – voivat tallentaa yksittäisiä fotoneja pidempään kuin aiemmin oli mahdollista.

Nämä Physical Review Letters -lehdessä julkaistut ja saadut tulokset tuovat meidät lähemmäksi kvantti-internetiä arvioivat tutkijat tiedotteessaan.

Tiimin muisti perustuu praseodyymillä seostettuun yttriumortosilikaatin (Pr:YSO) yksittäiseen kiteeseen. Se voi tallentaa yksittäisen fotonin kvantti-informaation 180 mikrosekunnin ajan, mikä riittää jopa 30 km:n etäisyydellä toisistaan oleville solmuille.

Tämän keston saavuttamiseksi tiimi käytti spinin uudelleenvaiheistuksen tekniikkaa. Radiotaajuuspulssien sarja invertoi fotonin informaatiota tallentavien kahden elektronisen tilan populaatiot, suojaten siten niitä ympäristön häiriöiltä. Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet spin-uudelleenvaiheistuksen klassisilla valopulsseilla, mutta tiimin innovaatio oli tekniikan demonstrointi yksittäisillä fotoneilla.

Järjestelmämme asettaa praseodyymillä seostetut kvanttimuistit siten merkittäväksi ehdokkaaksi kvanttiverkkojen skaalautuvaan toteutukseen. ”

Aiheesta aiemmin:

Äänen käyttäminen kvantti-informaation muistamiseen

Teollisesti valmistettava kvanttimuisti

Erbium-ionit kvanttitoistimien perustaksi