Wei Li, Parvez Islam, and Patrick Windpassinger / Physical Review Letters, 2020
Физики из Германии и Китая впервые осуществили запись и транспортировку света на расстоянии более миллиметра. Для этого ученые использовали в качестве памяти ансамбль холодных атомов рубидия. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.
Для построения систем квантовых коммуникаций необходим полный контроль над квантовой информацией: запись, сохранение и считывание. Коммуникация с использованием фотонов — это один из самых перспективных способов быстрой и секретной передачи информации. Для создания полноценной памяти необходимо уметь сохранять свет, перемещать его и извлекать из него информацию, что является трудными задачами.
Квантовая память для света на основе холодных атомов в качестве носителя информации потенциально имеет высокую эффективностью и когерентность, что делает ее хорошим решением для внедрения в сети квантовой коммуникации. Однако, до сих пор ученым не удавалось экспериментально показать процедуру хранения или транспортировки света с помощью холодных атомов.
Физики из Бэйханского и Майнцского университетов под руководством профессора Патрика Виндпассингера (Patrick Windpassinger) впервые осуществили контролируемый перенос накопленного света на расстояние более 1,2 миллиметра с помощью холодных атомов и показали, что такой перенос света практически не влияет на когерентные свойства системы.
Экспериментальная установка для записи света в ансамбль холодных атомов и транспортировки.
Wei Li, Parvez Islam, and Patrick Windpassinger / Physical Review Letters, 2020
Ранее эта научная группа разработала технологию для перемещения ансамбля холодных атомов в пространственной оптической ловушке, которая создается двумя лазерными лучами. Такой метод позволяет перемещать большое количество атомов и размещать их в нужном месте с высокой пространственной точностью. Важно, что процедура осуществляется без значительных потерь в количество атомов и не нагревает ансамбль.
Схема протокола записи, перемещения и считывания света.
Wei Li, Parvez Islam, and Patrick Windpassinger / Physical Review Letters, 2020
Физикам удалось использовать этот метод для переноса атомных облаков рубидия-87, которые служили в качестве световой памяти. Световое возбуждение записывалось в атомы, перемещалось вместе с ансамблем и затем извлекалось в другой точке пространства.
Расстояние транспортировки было ограничено несколькими миллиметрами из-за короткого времени хранения по сравнению со временем, необходимым для транспортировки ансамбля. Ученые надеются, что переход в другой частотный диапазон значительно улучшит время хранения.
Уменьшение сохранения информации в зависимости от расстояния транспортировки.
Wei Li, Parvez Islam, and Patrick Windpassinger / Physical Review Letters, 2020
Исследователи подчеркивают, что разработанную технологию можно масштабировать на большие расстояния, а также создать новые квантовые устройства, такие как оптические запоминающие машины или оптические квантовые регистры. Ранее мы писали, как физикам из Китая удалось запутать два узла квантовой памяти из холодных атомов через канал длиной 50 километров с помощью фотонов, а ученые из Гарвардского университета создали двумерный антиферромагнетик из холодных атомов лития, захваченных в оптическую решетку.
Михаил Перельштейн
