| 0 |
|
Ученые из Института квантовой оптики им. Макса Планка (MPQ) добились длительного времени хранения фотонных квантовых бит, которое преодолевают нижнюю границу для прямой телепортации в глобальной квантовой сети.
В области разработки квантовой памяти для реализации глобальных квантовых сетей ученые Отдела квантовой динамики под руководством профессора Герхарда Ремпе (Gerhard Rempe) в MPQ добились значительного прорыва: они продемонстрировали хранилище с долгоживущим фотонным кубитом на одиночном атоме, захваченном в оптическом резонаторе. Время когерентности хранимого квантового бита превышает 100 миллисекунд и поэтому соответствует требованию создания глобальной квантовой сети, в которой кубиты непосредственно телепортируются между конечными узлами. «Достигнутые нами времена когерентности представляют собой улучшение на два порядка по сравнению с текущим состоянием дел», - сказал профессор Ремпе.
Свет - идеальный носитель для квантовой информации, закодированной на одиночных фотонах, но передача на большие расстояния неэффективна и ненадежна из-за потерь. Для предотвращения потери драгоценных квантовых бит между конечными узлами сети может быть использована прямая телепортация. Во-первых, между узлами нужно создать удаленное запутывание; затем подходящее измерение на стороне отправителя вызывает «жуткий эффект на расстоянии», то есть мгновенный перенос состояния кубита на узел приемника. Однако квантовый бит может вращаться, когда он достигает приемника и, следовательно, должен быть возвращен в прежнее состояние. С этой целью необходимую информацию нужно классически передать от отправителя к получателю. Это занимает определенное количество времени, в течение которого кубит должен быть сохранен в приемнике. Для двух сетевых узлов на наибольшем расстоянии на Земле это соответствует временному интервалу в 66 миллисекунд.
В 2011 году группа профессора Ремпе продемонстрировала успешную технику хранения фотонного квантового бита на одном атоме. Атом находится в центре оптической полости, которая образована двумя зеркалами высокой чистоты, и удерживается на месте стоячей световой волной. Один фотон, несущий квантовый бит в когерентной суперпозиции двух поляризационных состояний, начинает сильно взаимодействовать с одним атомом, когда он попадает в резонатор. В конечном счете фотон поглощается атомом, а квантовый бит переносится в когерентную суперпозицию двух атомных состояний. Задача состоит в том, чтобы поддерживать атомную суперпозицию как можно дольше. В предыдущих экспериментах время хранения ограничивалось несколькими сотнями микросекунд.
«Основной проблемой для хранения квантовых бит является феномен расфазировки», - объясняет аспирант Стефан Лангенфельд (Stefan Langenfeld). - Характеристика квантового бита является относительной фазой волновых функций состояний атомов, когерентно наложенных. К сожалению, в реальных экспериментах это фазовое отношение теряется с течением времени в основном из-за взаимодействия с флуктуирующими магнитными полями».
В своем текущем эксперименте ученые приняли новые меры для противодействия влиянию этих колебаний. Как только информация передается от фотона к атому, совокупность одного атомного состояния когерентно переносится в другое состояние. Это делается с помощью пары лазерных лучей для индуцирования комбинационного перехода Рамана. В этой новой конфигурации сохраненный кубит в 500 раз менее чувствителен к флуктуациям магнитного поля.
До извлечения сохраненного фотонного квантового бита переход Рамана обращается. При времени хранения 10 миллисекунд перекрытие сохраненного фотона с извлеченным фотоном составляет около 90%. Это означает, что простой переход атомного кубита в менее чувствительную конфигурацию состояния увеличивает время когерентности в 10 раз. Другой фактор 10 был получен путем добавления так называемого «спинового эха» к экспериментальной последовательности. Здесь совокупность двух атомных состояний, используемых для хранения, обменивается в середине времени хранения. «Хотя предполагаемая глобальная квантовая сеть, которая обеспечивает безопасный и надежный перенос квантовой информации, по-прежнему требует большого объема исследований, долговременное хранение квантовых бит является одной из ключевых технологий, и мы считаем, что нынешние улучшения значительно приблизят ее реализацию» - отметил аспирант Маттиас Кёрбер (Matthias Körber).
Художественное изображение глобальной телепортации квантовых бит
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365
| 0 |
|
