Первые практические строительные блоки глобального квантового интернета

Ученые Австралийского Национального Университета (ANU) перешли на новый уровень в создании практических строительных блоков глобального квантового интернета. Команда под руководством проф. Мэттью Селлара доказала, что легированный эрбием кристалл идеально подходит для обеспечения глобальной сети телекоммуникации, использующей широкий спектр свойств квантовой механики.

«Попытка построить квантовый компьютер часто описывается как «космическая гонка 21 века», но сегодняшним компьютерам не удавалось реализовать весь свой потенциал до тех пор, пока не появился интернет», говорит Селларс, диспетчер программ в Центре Квантовых Вычислений и Технологий Коммуникации (CQC2T) в ANU.

Ученые доказали, что легированный эрбием кристалл является идеальным материалом для создания строительных блоков квантового интернета, что раскроет полный потенциал будущих квантовых компьютеров. Эта идея появилась у них 10 лет назад, но многие говорили, что такая простая идея не сработает. Посмотрев на нынешние результаты можно с точностью утверждать, что такой подход оказался верным.

Статья, опубликованная в Nature Physics, показывает, как можно в разы усовершенствовать время хранения квантовой памяти, совместимой с классическими телекоммуникациями, что является сложнейшей проблемой ученых со всего мира.

«Квантовая память, совместимая с телекоммуникациями, - важнейший компонент для практического квантового интернета», говорит д-р Роуз Алефелдт, научный сотрудник DECRA в ANU и CQC2T.

«Память позволяет буферизовать и синхронизировать квантовую информацию. Это операции, необходимые для широкого спектра квантовых коммуникаций. В данный момент, ученые используют память, не работающую на нужной длине волны, и им приходится применять сложный переходный процесс по направлению и против направления коммуникационной длины волны. Это может быть неэффективно, к тому же используется три разных механизма, вместо одного».

Эрбиум, редкий ион, обладает уникальными квантовыми свойствами, благодаря которым он действует так же, как существующие оптические сети, исключая переходный процесс.

«Уникальное преимущество такой технологии заключается в том, что она действует в той же нанометровой полосе 1550, в которой работает сегодняшняя телекоммуникационная инфраструктура, что делает ее сопоставимой с оптическими оптоволокнами, найденными в существующих сетях», говорит автор и кандидат наук Милоч Ранчи.

«Было доказано, что ионы эрбиума в кристалле могут хранить квантовую информацию дольше одной секунды, что в 10000 раз дольше, чем в других попытках, и достаточно по продолжительности для передачи квантовой информации через глобальную сеть за один день».

Селларс говорит, что новая технология может использоваться как квантовый источник света или как оптический канал связи для кристаллического состояния вычислительных устройств, соединяя их с квантовым интернетом.

«Этот материал не только сопоставим с существующими оптоволоконными технологиями, но его разносторонность означает, что будет возможно соединение многих типов квантовых компьютеров, включая кремниевые кубиты CQC2T и сверхпроводящие кубиты, такие как кубиты Google и IBM», говорит Селларс.

«Этот результат настолько поразителен тем, что можно продемонстрированную теоретическую работу использовать в практических устройствах полноценного квантового интернета».

Пояснения к изображениям:

Fig. 1.

Оптический переход масштаба 1,538 нм (_ ^167)Er^(3+):Y_2 SiO_5. a, Диаграмма энергетического уровня поля 7T. Расстроенные переходы (?m_1 = -1) показаны красными стрелками, а расстроенные переходы (?m_1 = +1) показаны синими линиями. Энергетические интервалы между сверхтонкими состояниями вызваны выгоранием провала. b, Оранжевый: поглощение спектра при 1,4K в поле 7T вдоль оси D_1. Черный: модель поглощения, основанная на измерениях выгорания провала. Вертикальные черные черты: центры оптических переходов, использованные для спектральной модели, показанной черным.

Fig. 3.

Уровень задержки спина поляризации атома (_ ^167)Er^(3+) как функция температуры, для поля 7T. Значение ?^(-1) является уровнем задержки сверхтонких пор (T_1). Ошибочные полосы оси x показывают максимальные вариации температур во время измерений. Ошибочные полосы оси y появились в результате сглаживания, где среднее квадратичное отклонение (RMSD) в два раза выше, чем RMSD оптического сглаживания спектра.

Fig. 5.

Измерения рамановского эха времени когеренции (_ ^167)Er. Сверху: нормализованная интенсивность рамановского эха как функция полной задержки ? = 60 мс. Внизу: последовательность импульсов рамановского эха. Лазер устанавливают точно на 1 ГГц, не воспринимающим нижние переходы энергии, для предотвращения любого поглощения. Два оптических поля, требуемые для направления ионов, производятся боковыми полосами того же электро-оптического модулятора (EOM), используемого для спектроскопии AM при 1,155.3 (SB1) и 2,150 МГц (SB2). Носитель, работающий как местный осциллятор, оптически обнаруживает рамановское эхо. Для формирвоания эха SB2 должен быть включен, т.к. он передает когеренцию оптическому переходу.

Остальные результаты экспериментов см. в приложении. Оригинал статьи прикреплен к записи.

Источник:

https://phys.org/news/2017-09-blocks-global-quantum-internet.html

Источник: phys.org

Комментарии: