Группа ученых из Варшавского университета при помощи охлажденных лазером атомов добилась одновременного сохранения 665 квантовых состояний света — рекорда в параллельной обработке квантовой информации.
Как классический компьютер невозможен без RAM, так и квантовый требует квантовой памяти. Это устройство может хранить и, по запросу, выдавать квантовые состояния. Ключевым параметром такой памяти является ее объем, другими словами — число кубитов, которые она может эффективно обрабатывать. Одновременные операции со многими кубитами — это ключ к успеху квантовых вычислений.
Среди множества способов кодирования информации об отдельных фотонах в квантовой памяти выделяется пространственное уплотнение каналов, которое обеспечивает высокую емкость при низкой себестоимости. Специалисты лаборатории квантовой памяти создали именно такую систему, показавшую рекордные результаты. В ее основе лежит так называемая магнито-оптическая ловушка (МОТ) — группа атомов рубидия внутри стеклянной вакуумной камеры, которые охлаждаются лазерами в присутствии магнитного поля до 20 микрокельвинов.
В ходе записи облако атомов освещается лучом лазера, что приводит к рассеиванию фотонов. Каждый фотон движется в случайном направлении, которое регистрируется чувствительной камерой. Информация о фотонах хранится в виде коллективных возбуждений — спиновых волн, которые могут быть выданы по запросу как другая группа фотонов. Измеряя корреляцию между углами эмиссии фотонов, созданной в процессе записи и чтения, можно подтвердить, что память действительно квантовая и что свойства состояния света не могут быть описаны законами классической оптики, пишет EurekAlert.
Кроме того, квантовая информация обо всех сохраненных фотонах находится в одном облаке холодных атомов, и каждый атом участвует в хранении каждого фотона, что делает память более устойчивой к декогерентности. Это было подтверждено наблюдением за квантовой интерференцией двух различных возбуждений, которые отличались только одним квантовым числом. «Это позволит проводить еще более сложные манипуляции с атомным состоянием и, наконец, создать квантовые состояния света с точно контролируемыми параметрами», — говорит Войцех Василевски, глава лаборатории.