Инженери от Калифорнийския технологичен институт показаха, че атомите в кухините на оптичните кухини могат да се превърнат в една от основните технологии за функционирането на квантовия Интернет. Изследователите публикуват работата си в списанието Nature.
Квантовите мрежи ще свързват квантовите компютри чрез специална система, която ще осигури връзка между тях. На теория квантовите компютри един ден ще могат да изпълняват определени функции по-бързо от класическите изчислителни системи, използвайки свойства на квантовата механика, като суперпозиция на състояния, която позволява на квантовите битове да бъдат едновременно нула и едно.
Както при класическите компютри, учените биха искали да свържат множество квантови компютри, за да обменят данни и да работят заедно - за да създадат един вид „квантов интернет“. Това би отворило вратата за различни приложения, включително разпределени квантови изчисления и криптирани комуникации. Такава мрежа обаче трябва да може да прехвърля информация между две устройства, без да променя квантовите свойства на предаваната информация.
Настоящият модел работи така: Един атом или йон действа като кубит и съхранява информация за неговото квантово свойство, като спин. За да прочете тази информация и да я прехвърли на друго място, атомът трябва да бъде възбуден с пулс светлина, което води до излъчване на фотон, чийто спин е заплетен със спина на атома и е равен на него. След това фотонът може да предава информация, свързана с атома, на голямо разстояние по кабел от оптично влакно. Но да го направиш е по-трудно, отколкото звучи. Повечето атоми са чувствителни към колебанията в магнитните и електрическите полета, което води до грешки в работата на устройства, базирани на тях.
За да преодолеят този проблем, изследователите от Калтех създадоха нанофотонен резонатор - прът с дължина около 10 микрона със специален модел, издълбан на повърхността му, направен от кристал от ортонанадат от итрий. Тогава учените поставили в центъра йон от рядкоземен метал итербий Yb 3+. Когато радиацията се предава през такъв резонатор, тя преминава няколко пъти по протежение на пръта и в крайна сметка, загубила достатъчно енергия, се поглъща от йтербиевия йон. Авторите също показаха, че кухините в материала променят средата на йона, така че излъченият фотон може да остане в материала до 99% от времето, а учените междувременно могат да измерват неговите свойства.
В допълнение, йтербиевите йони са в състояние да съхраняват информация в гърба си за 30 милисекунди. Това е достатъчно за предаване на информация в континенталните щати. В момента екипът е фокусиран върху създаването на градивни елементи на квантова мрежа. След това се надяват да разширят своите експерименти и да свържат двата квантови бита далеч един от друг.
Автор: Никита Шевцев