Pamięć kwantowa pracująca w temperaturze pokojowej

Zespół fizyków z Wielkiej Brytanii stworzył pamięć kwantową działającą w temperaturze pokojowej. Odkrycie to może pomóc naukowcom w stworzeniu tzw. wzmacniacza kwantowego (ang. quantum repeater ), czyli urządzenia pozwalającego przesyłać informację kwantową na długich dystansach.

Modelem fizycznym bitu kwantowego, nazywanego potocznie qubitem, może być np. foton o dwóch wzajemnie ortogonalnych stanach polaryzacji – pionowej lub poziomej. Fotony, czyli kwanty promieniowania elektromagnetycznego, posiadają bardzo wiele interesujących właściwości obejmujących m.in. zdolność pokonywania stosunkowo dużych odległości bez interakcji z otoczeniem. Wymieniona własność oznacza na przykład, że fotony mogą pozostawać w stanie splątanym z innymi fotonami, co jest szczególnie istotne z punktu widzenia potencjalnego ich zastosowania w systemach informacji kwantowej. Czas przebywania fotonu w określonym stanie kwantowym nie jest oczywiście nieograniczony: ulega on stopniowej zmianie podczas pokonywania przez fotony setek kilometrów w ośrodkach takich jak powietrze, czy światłowód. W rezultacie naukowcy są niezmiernie zainteresowani opracowaniem specjalnych urządzeń nazywanych wzmacniaczami kwantowymi, których głównym zadaniem byłoby przechwytywanie pojedynczych fotonów i ponowne ich wyemitowanie.

Pamięć kwantowa

Kluczowym elementem wzmacniacza kwantowego, opracowanego przez naukowców z Wielkiej Brytanii, jest pamięć kwantowa magazynująca i emitująca fotony. Poprawne działanie pamięci kwantowej jest warunkowane utrzymywaniem jej w bardzo niskiej temperaturze albo w warunkach próżni. Zakres jej działania jest także ograniczony: pracuje tylko w bardzo wąskim zakresie częstotliwości i przechowuje informacje w bardzo krótkim okresie czasu.

Ian Walmsley z University of Oxford uważa stosowanie tak subtelnych urządzeń w międzykontynentalnej komunikacji kwantowej za niemożliwe. Jeden z jego argumentów wiąże się bezpośrednio z niedostępnością niektórych obszarów na naszej planecie, do których w razie awarii urządzeń, należałoby wysyłać mechaników. Ponadto urządzenia te powinny swym działaniem obejmować szerszy zakres częstotliwości oraz przechowywać dane znacznie dłużej, niż czas trwania pojedynczego impulsu. Szerszy zakres częstotliwości, to większa ilość danych „obsłużonych” przez pamięci, z kolei dłuższy czas przechowywania informacji pozwala gromadzić fotony o pożądanym stanie kwantowym.

Aby to osiągnąć, naukowcy wprowadzili do urządzenia chmurę atomów cezu, przygotowaną w specjalnej komórce podgrzanej do temperatury 62 ^oC. Dzięki temu fotony nie musiały być dostrajane do odpowiedniej częstotliwości. Zdaniem naukowców opracowane przez nich urządzenie mogłoby być potencjalnie wykorzystane jako pamięć kwantowa dla pojedynczych fotonów, co stałoby się wielkim osiągnięciem w dziedzinie informatyki kwantowej.

Artykuł pochodzi ze strony: physicsworld.com