A fotonikus kvantum bitek hosszabb tárolási ideje egy nagy lépéssel közelebb hozza a kvantum internetet

A Kvantum Optika Max Planck Intézetének kutatói áttörést értek el a kvantum memória területén, amire a globális kvantum hálózatoknál van szükség. A kutatók bemutatták, hogy képesek hosszabb időre csapdába ejteni a fotonikus kvantum biteket egy optikai rezonátorban. Az eltárolt kvantum bit koherencia ideje meghaladta a 100 milliszekundumot, ezzel meghaladva a globális kvantum hálózathoz szükséges időt. A kvantum biteket a hálózat végpontjai között teleportálnák az elmélet szerint.

“Az általunk elért koherencia idő nagyságrenddel jobb mint a jelenlegi csúcs-modern berendezéseknél,” mondta Gerhard Rempe, a kutatás vezetője.

A fény tökéletes hordozója a fotonokba kódolt kvantum információknak, azonban ez hosszú távon alacsony hatásfokú és a veszteségek miatt megbízhatatlan. A hálózatok végpontjai között történő direkt teleportáció felhasználásával megakadályozható a kvantum bitek elvesztése. Ehhez először elszigetelt összefonódást kell elérni a végpontok között, amit ezt követően a küldő oldalán történő mérés azonnal átküldése követ.

Azonban a kvantum bit elforoghat mire eléri a fogadó felet és ezért vissza kell forgatni. Hogy ez végbemehessen az információt hagyományos módon is kommunikálnia kell a küldőnek. Ehhez egy bizonyos időre van szükség, amíg az ekkora már a fogadónál lévő kvantum bitnek fenn kell maradni. Figyelembe véve a földi hálózatok közötti legnagyobb távolságot, ennek az időnek legalább 66 milliszekundumot kell elérnie.

2011-ben, a jelenlegi kutatást végző csapat már sikeresen elérte, hogy egy atomnyi fotonikus kvantum bitet tároljanak. Az atomot itt két nagy finomságú tükör között kialakuló optikai üregbe tárolták el, ahol fény hullámokkal tartották egy helyben. Az egyes fotonok, amik a kvantum biteket hordozzák, két polarizált állapotuk közötti koherens szuperpozícióban erős kölcsönhatásba lépnek az atommal, amikor azt a rezonátorba küldik. A folyamat végén a fotont elnyeli az atom és a kvantum bit így átkerül két atomi állapot közötti szuperpozícióba. Az igazi kihívást ennek az atomi szuperpozíciónak a fenntartása jelenti. A korábbi kísérleteknél ezt csupán a mikroszekundumok századrészéig voltak képesek fenntartani.

“A kvantum bitek eltárolásának a legnagyobb problémája a fázisvesztés jelensége,” mondta Stefan Langenfeld, az egyik kutató. “A kvantum bitek jellemzői a koherens szuperpozíciójuk atomi állapotának hullám funkcióinak relatív fázisa. Sajnos a valós világban végzett kísérleteknél ezek a fázis kapcsolatok idővel elenyésznek, főleg a körülöttük lévő váltakozó mágneses mezővel való interakciójuknak köszönhetően.”

A jelenlegi kísérletnél a kutatók új módszereket vetettek be hogy ellensúlyozzák a fluktuációkat. Amikor a foton információi az atomba kerülnek, az atomi állapot koherensen átkerül egy másik állapotba. Ez két lézersugárral érik el, amik Raman átmenetet indukálnak. Ezzel az új konfigurációval az eltárolt kvantum bitek 500-szor kevésbé érzékenyek a mágneses mezők fluktuációjára.

Mielőtt még visszaszereznék az eltárolt fotonikus kvantum bitet a Raman átmenetet visszafordítják. 10 milliszekundumos tárolási idő esetén az eltárolt fotonok és a visszaszerzett fotonok átfedése 90%-os. Ez azt jelenti, hogy az atomi kvantum bit egy kevésbé érzékeny módon történő eltárolásával 10-szeresére növelhető a koherencia idő. A kutatók további 10-szeres növekedést értek el az úgynevezett “spin vízhang” segítségével, aminél a két atomi állapot populációját a tárolási idő közben megcserélik.

“Az új technika lehetővé teszi számunkra, hogy több mint 100 milliszekundumig őrizzük meg az eltárolt bit kvantum természetét,” mondta Matthias Körber, a kutatásban részt vevő egyik kutató. “Jóllehet az elképzelt globális kvantum hálózat, ami lehetővé teszi a kvantum információk biztonságos és megbízható szállítását, még továbbra is sok kutatást igényel, mégis a kvantum bitek hosszú távú eltárolása az egyik kulcsfontosságú technológia ehhez és mi úgy gondoljuk, hogy a jelenlegi fejlesztés egy hatalmas lépéssel közelebb hoz minket a megvalósításához.”

Forrás: nature.com

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.