Quantum-hukommelse med rekordkapacitet baseret på laserkølede atomer

Det nye domæne for paralleliseret kvanteinformationsbehandling åbner nye muligheder for præcise målinger, kommunikation og billeddannelse. Præcis kontrol af flere lagrede fotoner muliggør effektiv håndtering af denne subtile information i store mængder. I Quantum Memories Laboratory ved Fysisk Fakultet, Universitetet i Warszawa, en gruppe af laserkølede atomer er blevet brugt som en hukommelse, der kan lagre op til 665 kvantetilstande af lys samtidigt. De eksperimentelle resultater er blevet offentliggjort i Naturkommunikation .

Hver informationsbehandlingsopgave kræver hukommelse. Kvantehukommelse er i stand til lagring og on-demand-hentning af kvantetilstande. Nøgleparameteren for en sådan hukommelse er dens kapacitet, antallet af qubits (kvantebits), som hukommelsen effektivt kan behandle. Samtidig drift på mange qubits er en nøgle til effektiv kvanteparallel beregning, giver nye muligheder inden for områderne billeddannelse eller kommunikation.

On -demand -genereringen af ​​mange fotoner er fortsat en central udfordring for eksperimentelle grupper, der beskæftiger sig med kvanteinformation. For en meget udbredt metode til multiplexering af enkelt-fotonemittere til ét netværk, systemets kompleksitet vokser sammen med dets fordele. Ved hjælp af kvantehukommelse, forskere kan generere en gruppe på et dusin fotoner inden for sekunder frem for år. Rumlig multiplexering hjulpet af et enkelt-foton følsomt kamera skiller sig ud som en effektiv måde at opnå høj kapacitet til lave omkostninger.

I Quantum Memories Laboratory (Fysisk Fakultet, University of Warsaw), forskere har opbygget en så høj kapacitet hukommelse. Systemet har verdensrekord for den største kapacitet, som andre forsøg kun har udnyttet snesevis af uafhængige lystilstande. Hjertet i opsætningen består af en såkaldt magneto-optisk fælde (MOT). En gruppe rubidiumatomer inde i et glasvakuumkammer fanges og afkøles af lasere i nærværelse af et magnetfelt til omkring 20 mikro-Kelvin. Hukommelseslys-atomer-grænsefladen er baseret på spredning uden for resonans. I indskrivningsprocessen, atomskyen oplyses af en laserstråle, resulterer i foton spredning.

Hver spredt foton udsendes i en tilfældig retning og registreres på et følsomt kamera. Oplysningerne om spredte fotoner gemmes inde i atomensemblet i form af kollektive excitationer-spin-bølger, der kan hentes efter behov som en anden gruppe af fotoner. Ved at måle korrelationer mellem emissionsvinkler for fotoner, der er skabt under indskrivnings- og udlæsningsprocessen, forskerne fastslog, at hukommelsen er, Ja, kvante, og at egenskaberne ved den genererede lystilstand ikke kan beskrives ved klassisk optik. Prototypen kvantehukommelse fra Fakultet for Fysik ved University of Warsaw tager nu to optiske tabeller og funktioner ved hjælp af ni lasere og tre kontrolcomputere.