En kvantehukommelse, der fungerer ved telekombølgelængder

For at oprette store kvante netværk, forskere skal først udvikle effektive kvante -repeatere. En nøglekomponent i disse repeatere er kvantehukommelser, som er kvantemekaniske ækvivalenter af mere konventionelle computerhukommelser, f.eks. tilfældig adgangshukommelse (RAM).

Ideelt set, en kvantehukommelse skal være i stand til at bevare oplysninger i betydelige perioder, gemme sande kvantetilstande, læse data effektivt op og operere ved bølgelængder med lavt tab. Mens forskerhold har gjort store fremskridt i udviklingen af ​​kvantehukommelser, ingen foreslået løsning har hidtil været i stand til at opfylde alle disse krav samtidigt.

Med det i tankerne, forskere ved Delft University of Technology (TU Delft) satte sig for at udvikle en ny mekanisk kvantehukommelse med tilstrækkelig lange lagringstider, en høj aflæsningseffektivitet, og evnen til at operere ved telekombølgelængder. Hukommelsen, de udtænkte, præsenteret i et papir udgivet i Naturfysik , i sidste ende kunne muliggøre praktisk implementering af mekaniske systemer med kvanteeffekter udviklet i deres tidligere værker.

"Vi har arbejdet på at vise kvanteeffekter af mekaniske systemer i et par år nu, og har haft ganske stor succes med at realisere forskellige kvantetilstande, så vi har virkelig skubbet dem mod en kvanteinformationsbehandlingsretning, "Simon Gröblacher, professor ved TU Delft, hvis forskningsgruppe gennemførte undersøgelsen, fortalte Phys.org. "For at bruge nogle af disse enheder til behandling af kvanteoplysninger, imidlertid, en knytnæve skal vise, at de kan bruges til at bygge en kvante -repeater, og hovedkomponenten i en kvante -repeater er en kvantehukommelse. "

Da de begyndte at arbejde på deres kvantehukommelse, Gröblacher og hans kolleger var klar over, at de mekaniske resonatorer bag nogle af deres enheder kunne understøtte meget lange levetider. De ville derfor teste dem for at se, hvilke opbevaringstider de kunne understøtte, samtidig med at de undersøger deres sammenhæng (dvs. hvor hurtigt de ville affase).

"Vi designede et system, der har et par millisekunder levetid, baseret på vores tidligere arbejde, testede den derefter og fandt ud af, at dens lagringstid faktisk var omkring to millisekunder., "Sagde Gröblacher." Som et andet trin, vi var nødt til at kontrollere, at kvantetilstande og deres faseinformation blev bevaret i løbet af denne tid. At gøre dette, vi skabte en superposition af det mekaniske system og så på, hvordan fasen i superpositionen ville udvikle sig over tid. "

Da forskerne først vurderede deres kvantehukommelse, de fandt ud af, at dens superpositionstilstand forfaldt hurtigere end den samlede levetid. Dette var langt fra et overraskende resultat, da mange tidligere udviklede systemer viste sig at vise det samme henfaldsmønster. Gröblacher og hans kolleger satte sig for at undersøge dette fund yderligere for bedre at forstå mekanismerne bag denne korte dekoherens -tid.

"Det overordnede mål med vores undersøgelse var at vise, at mekanik faktisk kan bruges som en kvantehukommelse, og vi opnåede dette, "Sagde Gröblacher." Bemærkelsesværdigt, det er første gang, at nogen har vist dette. "

Den kvantehukommelse, Gröblacher og hans kolleger har udtænkt, har flere fordelagtige egenskaber. En af de vigtigste er, at den er fuldt konstruerbar, hvilket betyder, at de optiske bølgelængder, som den fungerer på, kan vælges, da systemets optiske og mekaniske resonanser er fuldt kunstige. Forskerne designede dem ved hjælp af en computer og fremstillede derefter enheden i overensstemmelse hermed.

"Mange kvantesystemer bruger typisk naturligt forekommende resonans, såsom en atom eller en sjælden jordresonans, som binder dem til visse bølgelængder, "Sagde Gröblacher." Vores, på den anden side, er fuldt konstrueret, så vi kan vælge, hvor vi vil arbejde med det. I vores undersøgelse, vi valgte 1550 nanometer, da vi ønskede, at vores system skulle fungere i bølgelængden med lavt telekommunikationsbånd. "

Mens mange tidligere udviklede kvantehukommelser opnåede lovende resultater, meget få af dem var i stand til at operere ved telekombølgelængder (omkring 1550 nanometer), som i det væsentlige er de bølgelængder, hvor al telekommunikation finder sted over lange afstande. I øvrigt, erindringer, der var i stand til at operere ved disse bølgelængder, var enten meget komplekse eller havde ekstremt korte levetider.

"Vi kunne vise, at vores hukommelse har en tilfredsstillende levetid og sammenhæng i hukommelsen, samtidig med at superpositionstilstanden blev oprettet, "Gröblacher sagde." Andre eksisterende systemer med mekaniske superpositionstilstande var meget forskellige, og vi var de første til at opfylde centrale kvantehukommelseskrav med et opto-mekanisk system. "

Den kvantehukommelse, der er skabt af Gröblacher og hans kolleger, er stadig et bevis på konceptet, men dens præstation er meget lovende. I deres fremtidige studier, forskerne vil gerne få en bedre forståelse af, hvorfor nedfasningen af ​​en kvantetilstand sker hurtigere end dens levetid for at afbøde denne effekt.

"Vi vil gerne finde ud af, hvordan vi undgår at have så kort en sammenhæng, måske gennem et andet design, der kunne hjælpe vores forståelse af de underliggende mikroskopiske mekanismer, "Sagde Gröblacher." Desuden vi planlægger at øge den samlede effektivitet af vores hukommelse (dvs. hvor effektivt kan den skrive og læse en tilstand). "

I løbet af de næste par år, Gröblacher og hans kolleger håber, at de vil være i stand til at forbedre deres kvantehukommelses ydeevne yderligere for at lette dens praktiske implementering. I øvrigt, den optiske ordning, de foreslog, kunne inspirere til udviklingen af ​​andre kvantehukommelseskomponenter. Forskernes ultimative mål er at bruge den kvantehukommelse, de skabte, til at muliggøre store kvantenetværk.

"Hovedapplikationen til vores hukommelse ville være som en del af et kvantenetværk eller en kvante -repeater, "Sagde Gröblacher." Dets mekanik kunne fungere som et hukommelseselement, der muliggør forbindelser med andre kvantesystemer, såsom superledende qubits, som er meget gode til at udføre quantum computing -behandling. Vi synes, det ville være meget interessant at bruge vores system som et hybrid kvantesystem i et sådant netværk. "

© 2020 Science X Network