Поставлен рекорд в запутывании устройств квантовой памяти

МЕНЮ


Главная страница
Поиск
Регистрация на сайте
Помощь проекту
Архив новостей

ТЕМЫ


Новости ИИРазработка ИИВнедрение ИИРабота разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика

Авторизация



RSS


RSS новости


Запутанные квантовые воспоминания для квантового ретранслятора: шаг ближе к квантовому Интернету

Авторы работы работают в своей лаборатории в ICFO. Слева направо: Самуэле Гранди, Дарио Лаго, Елена Раконьяк, Алессандро Сери и Хьюз де Ридматтен.

Крупным планом изображение кристалла, легированного редкоземельными элементами, используемого в качестве квантовой памяти.

Схематическое изображение экспериментальной установки и расположения лабораторий в здании ICFO

Исследование на обложке журнала Nature - Выпуск от 3 июня
Исследователи ICFO сообщают в журнале Nature о том, что впервые удалось связать две многомодовые квантовые памяти, расположенные в разных лабораториях, разделенных 10 метрами, и о чем свидетельствует фотон на телекоммуникационной длине волны. В 90-е годы инженеры добились значительных успехов в области телекоммуникаций, распространив сеть на расстояния, выходящие за пределы городов и мегаполисов. Для достижения этого коэффициента масштабируемости они использовали ретрансляторы, которые усиливали ослабленные сигналы и позволяли им преодолевать большие расстояния с теми же характеристиками, такими как интенсивность или точность. Теперь, с добавлением спутников, совершенно нормально находиться посреди горы в Европе и разговаривать со своими близкими, живущими в другой части света.

На пути к созданию будущего квантового Интернета квантовые воспоминания играют ту же роль. Вместе с источниками кубитов они являются строительными блоками этого нового Интернета, действуя как квантовые повторители операций с данными и используя суперпозицию и запутанность в качестве ключевых компонентов системы. Но чтобы управлять такой системой на квантовом уровне, запутанность между квантовыми воспоминаниями должна была создаваться на больших расстояниях и поддерживаться как можно более эффективно.

Все вместе в одном

В недавно опубликованном исследовании в Nature ученые ICFO Дарио Лаго, Самуэле Гранди, Алессандро Сери и Елена Раконьяк, возглавляемые профессором ICREA в ICFO Хьюгом де Ридматтеном, добились масштабируемой, телекоммуникационной связи между двумя удаленными, многомодовыми и твердотельными квантовыми памятями. Проще говоря, они смогли хранить максимум 25 микросекунд один единственный фотон в двух квантовых запоминающих устройствах, расположенных на расстоянии 10 м друг от друга.

Исследователи знали, что фотон находился в одном из двух воспоминаний, но они не знали, в каком из них, что подчеркивало это противоречивое представление о природе, которое позволяет фотону находиться в состоянии квантовой суперпозиции в двух квантовых воспоминаниях одновременно, но, что удивительно, на расстоянии 10 метров друг от друга. Команда также знала, что запутанность была создана при обнаружении фотона на длине волны телекома, и она хранилась в квантовой памяти мультиплексированным способом, “функция, похожая на возможность одновременной отправки нескольких сообщений по классическому каналу”. Эти две ключевые особенности были впервые реализованы вместе и определяют основу для расширения этой схемы на гораздо большие расстояния.

Как с энтузиазмом отмечает Дарио Лаго, аспирант ICFO и первый автор исследования, “До сих пор некоторые вехи, достигнутые в этом эксперименте, были достигнуты другими группами, такими как запутывание квантовой памяти или сохранение фотонов в квантовой памяти с очень высокой эффективностью и высокими показателями. Но уникальность этого эксперимента в том, что наши методы достигли очень высоких показателей и могут быть распространены на большие расстояния”.

Организация эксперимента

Достижение этой вехи потребовало его усилий и времени. В течение нескольких месяцев команда проводила эксперимент, в ходе которого они использовали кристалл, легированный редкоземельными элементами, в качестве квантовой памяти для основы своего теста.

Затем они взяли два источника, генерирующих коррелированные пары одиночных фотонов. В каждой паре один фотон, называемый холостым, имеет длину волны 1436 нм (длина волны связи), а другой, называемый сигналом, имеет длину волны 606 нм. Одиночные сигнальные фотоны были отправлены в квантовую память, состоящую из миллионов атомов, случайным образом помещенных внутри кристалла, и сохранены там с помощью протокола, называемого гребенкой атомной частоты. Кроме того, более ленивые фотоны, также называемые сигнальными или посыльными фотонами, были отправлены по оптическому волокну в устройство, называемое светоделителем, где информация об их происхождении и пути была полностью стерта. Самуэле Гранди, постдокторский исследователь и соавтор первого автора исследования, комментирует: “Мы удалили любую функцию, которая указывала бы нам, откуда исходили более ленивые фотоны, пусть это был источник 1 или 2, и мы сделали это, потому что не хотели знать никакой информации о сигнальном фотоне и в какой квантовой памяти он хранился”. Стирая эти особенности, сигнальный фотон мог быть сохранен в любой из квантовых памяти, что означает, что между ними была создана запутанность.

Каждый раз, когда ученые видели на мониторе щелчок более ленивого фотона, поступающего на детектор, они могли подтвердить и подтвердить, что на самом деле имело место запутывание. Эта запутанность состояла в том, что сигнальный фотон находился в состоянии суперпозиции между двумя квантовыми памятями, где он хранился в виде возбуждения, разделяемого десятками миллионов атомов в течение 25 микросекунд.

Как отмечают Сэм и Дарио, “Любопытная вещь в эксперименте заключается в том, что невозможно узнать, хранился ли фотон в квантовой памяти в лаборатории 1 или в лаборатории 2, которая находилась более чем в 10 метрах. Хотя это было основной особенностью нашего эксперимента, и мы этого отчасти ожидали, результаты в лаборатории все еще были противоречивыми, и еще более странным и умопомрачительным для нас было то, что мы были способны контролировать его!”

Важность объявленных фотонов

Большинство предыдущих исследований, в которых экспериментировали с запутанностью и квантовыми воспоминаниями, использовали фотоны вестника, чтобы узнать, была ли успешна запутанность между квантовыми воспоминаниями. Предвещающий фотон подобен голубю-посланнику, и по его прибытию ученые могут узнать, что связь между квантовыми воспоминаниями установлена. Когда это происходит, попытки запутывания прекращаются, и запутывание сохраняется в памяти перед анализом.

В этом эксперименте ученые использовали предвещающий фотон на частоте связи, подтверждая, что создаваемая запутанность может быть установлена с помощью фотона, совместимого с существующими сетями связи, что является важным достижением, поскольку позволяет создавать запутанность на больших расстояниях и, более того, позволяет легко интегрировать эти квантовые технологии в существующие классические сетевые инфраструктуры.

Мультиплексирование является ключевым

Мультиплексирование-это возможность системы отправлять несколько сообщений одновременно только по одному каналу передачи. В классических телекоммуникациях это частый инструмент, используемый для передачи данных через Интернет. В квантовых повторителях такая техника несколько сложнее. Со стандартными квантовыми воспоминаниями нужно подождать, пока сообщение, возвещающее о запутывании, вернется в воспоминания, прежде чем можно будет снова попытаться создать запутывание. Но с использованием протокола атомной частотной гребенки, который позволяет использовать этот подход мультиплексирования, исследователи смогли хранить запутанные фотоны в разное время в квантовой памяти, не дожидаясь успешного события, возвещающего о создании следующей запутанной пары. Это условие, называемое “временным мультиплексированием”, является ключевой особенностью, которая представляет собой значительное увеличение времени работы системы, приводящее к увеличению конечной скорости запутывания.

Дальнейшие шаги

Как проф. ICREA в ICFO Хьюз де Ридматтен с энтузиазмом отмечает: “Эта идея была задумана более 10 лет назад, и я очень рад видеть, что теперь она преуспела в лаборатории. Следующие шаги заключаются в том, чтобы вывести эксперимент за пределы лаборатории, попытаться связать различные узлы вместе и распределить запутанность на гораздо большие расстояния, за пределы того, что мы имеем сейчас. Фактически, мы находимся в процессе создания первой квантовой связи протяженностью 35 км, которая будет проведена между Барселоной и ICFO в Кастельдефельсе”.

Очевидно, что будущая квантовая сеть принесет много приложений в ближайшем будущем. Эта достигнутая веха доказывает и подтверждает, что мы находимся на правильном пути к разработке этих прорывных технологий и началу их внедрения в то, что станет новым способом коммуникации-Квантовый Интернет.


Источник: www.icfo.eu

Комментарии: