Rekordhøj effektivitet til sikker lagring af kvantehukommelse

Forskere ved Laboratoire Kastler Brossel (LKB) i Paris har brudt en nøglebarriere i kvantehukommelsesydelse. Deres arbejde har muliggjort den første sikre lagring og hentning af kvantebits.

Fysikere på LKB har mere end fordoblet effektiviteten af ​​optisk qubit -lagring - fra 30 procent til tæt på 70 procent - hvilket gør sikker lagring og hentning mulig. Kvantehukommelse er afgørende for fremtidige kvantenetværk. Evnen til at synkronisere kvantebit har applikationer i fjerntliggende kvantekommunikationsprotokoller eller beregningsalgoritmer. Med effektivitet på langt over 50 procent, kvantelagring muliggør nu protokolsikkerhed.

"Den opnåede effektivitet kan øge skaleringsniveauet for kvante netværk, og det baner også vejen til avancerede opgaver, hvor effektiviteten spiller en afgørende rolle, f.eks. i certificeringsprotokoller eller uforglemmelige kvantepenge, "siger Dr. Kun Huang, en postdoktor og en hovedforfatter af undersøgelsen. "Denne enhed kan nu være kernen i mange udfordrende undersøgelser for kvantenetværk."

I de seneste år har kvantehukommelse er blevet implementeret i en række forskellige materialer, såsom ioner, krystaller og kolde atomer, som muliggør kontrol af interaktionen mellem informationsbæreren, normalt en foton, og et fysisk medium til opbevaring. Imidlertid, ingen hukommelse har været i stand til at gemme og hente en qubit med en succesrate over 30 procent indtil nu.

I 25. januar online udgave af Naturkommunikation , Prof. Julien Laurat og hans team på LKB, en del af Sorbonne University og CNRS, rapporterede, at de har gemt optiske qubits med en rekordeffektivitet på 70 procent, samtidig med at troværdigheden til input -qubit bevares ud over 99 procent.

"Vi valgte en række nøgleelementer og kunne for første gang kombinere dem i et enkelt setup. Dette arbejde var nøglen til at opnå den hidtil højeste effektivitet til lagring og aflæsning af en optisk qubit, "siger Pierre Vernaz-Gris, en tidligere doktorand, der udførte eksperimentet og en af ​​de to hovedforfattere af papiret.

Forsøget involverer omdannelse af en fotonisk qubit til en atomisk excitation af laserkølede cæsiumatomer. Med protokollen for elektromagnetisk induceret gennemsigtighed, en kontrol laserstråle gør mediet gennemsigtigt og bremser det indvirkende signallys, der bærer informationen. Når signalet er indeholdt i ensemblet, og kontrolstrålen er slukket, oplysningerne omdannes til en kollektiv excitation af atomerne, som gemmes, indtil kontrolbjælkerne tændes igen.

Denne teknik, mestret på LKB, har allerede været brugt til kvantehukommelseseksperimenter i de foregående år, men effektiviteten af ​​processen afhænger i høj grad af antallet af atomer, der er involveret i interaktionen. Laurats team forberedte derfor en meget langstrakt sky af ultrakølede atomer (næsten tre centimeter lange), hvilket muliggjorde effektiv opbevaring. Gennembruddet kom, da forskergruppen var i stand til at udføre rumlig multiplexering af den komprimerede atomsky. Det lykkes LKB at opnå både effektiv opbevaring og rumlig multiplexering samtidigt, ud over et højt signal-til-støj-forhold.

Denne demonstration følger andre værker, som Laurats gruppe har udført i de seneste år, herunder realisering af en kvantelagring med flere frihedsgrader eller den første demonstration af stoppet lys i en optisk fiber.