Квантовая память может работать при комнатной температуре

Сотрудники кафедры физики Оксфордского университета продемонстрировали квантовую память, которая может работать при комнатной температуре.

Предполагается, что такая память будет использоваться в повторителях, связывающих между собой отрезки сетей квантовой фотонной связи. На малых расстояниях фотоны, слабо взаимодействующие с окружающей средой, переносят квантовую информацию без особых проблем, но в интерконтинентальных масштабах обойтись без повторителей невозможно, поскольку с увеличением длины пройденного фотоном пути вероятность того, что его исходное состояние разрушится, быстро возрастает. Идеальная квантовая память должна работать в широком диапазоне длин волн, длительное время сохранять состояние пришедшего фотона и иметь достаточно простую и надёжную конструкцию.

Известные образцы памяти, построенные на базе ионов в кристалле или захваченных в ловушку "облаков" атомов, не подходят для применения на практике. Основная проблема заключается в том, что эти схемы требуют охлаждения до нескольких кельвинов.

Новая разработка, напротив, тестировалась в обычных лабораторных условиях. Хранение слабых когерентных световых импульсов британцы реализовали с использованием атомарных паров цезия, подготавливаемых в паровой ячейке, нагретой до 62,5 ˚C. При записи в такую память управляющее поле "преобразует" фотон в коллективное возбуждение атомов цезия, а обратную операцию выполняет второй управляющий импульс, приходящий через заданное время хранения. Сигнал отделяется от импульсов записи и чтения спектрально и по поляризации.

Измеренное в опытах время хранения составляло около 1,5 мкс. Эффективность работы памяти, определяемая как отношение числа "сохранённых" и испущенных фотонов к общему числу падающих квантов света, приближалась к 30%.

Важным преимуществом своей схемы авторы называют возможность хранения информации, переносимой фотонами, частота которых изменяется в широких пределах. К её недостаткам относится принципиально неустранимый "шум" - появление фотонов на выходе при подаче сигнала считывания в том случае, если в память ничего не записывали. Одной из составляющих "шума" становится флуоресценция из возбуждённого состояния (обозначено на схеме выше как |2>), которую управляющее поле может инициировать даже при установке большой величины Δ, отделяющей частоту лазера от атомного резонанса.