Физики из Базельского университета (University of Basel), Швейцария, разработали новый тип быстродействующей квантовой памяти, способной в течение достаточно длительного промежутка времени «хранить фотоны света», не разрушая их хрупкое квантовое состояние. Разработанная швейцарцами технология основана на использовании облака атомов, она проста и быстра настолько, что ее можно будет применять на практике во множестве областей, для создания квантового Интернета и квантовых компьютеров, к примеру.

Даже в настоящее время передача данных в телекоммуникационных сетях производится при помощи коротких импульсов света, состоящих из сотен и тысяч отдельных фотонов. Скорость передачи по оптоволокну столь высока, что для приема, предварительной обработки информации и ее преобразования в электрические сигналы требуется и используется быстродействующая оптоэлектронная память.

В течение нескольких последних лет исследователи занимались разработкой коммуникационных технологий, в которых отдельный бит информации передается при помощи единичного фотона. Такой метод не только обладает высокой эффективностью, он еще и позволяет использовать новые формы передачи и обработки информации, основанные на законах квантовой механики. Способность систем квантовой памяти сохранять и воспроизводить единичные фотоны, не разрушая их квантового состояния, является ключевым моментом всех квантовых технологий более высокого уровня.

Как уже упоминалось выше, исследовательская группа, возглавляемая профессорами Филиппом Треутлеином (Philipp Treutlein) и Ричардом Варбертоном (Richard Warburton), разработала новый тип квантовой памяти, основой которой является облако атомов рубидия, а управление процессом хранения информации и ее дальнейшего считывания производится при помощи луча лазерного света. Более того, новая технология не требует низкотемпературного охлаждения и создания глубокого вакуума, для ее работы требуется весьма компактная установка. Новая квантовая память отличается очень низким уровнем собственных шумов, низким уровнем возникновения ошибок, что делает ее идеальным вариантом для хранения единичных фотонов.

Эксперименты с опытной установкой, в виде которой была реализована новая технология квантовой памяти, показали, что данный тип памяти обеспечивает надежное хранение фотонов в течение 50 наносекунд времени. При этом, ширина полосы пропускания этой памяти составляет 0.66 ГГц а общая эффективность равна 17 процентам. Дальнейшие усовершенствования данной технологии позволят увеличить эффективность памяти до уровня около 35 процентов, что уже позволит использовать новый тип памяти в области квантовых коммуникаций.

И в заключение следует отметить, что данная работа была выполнена в рамках программ Европейского союза EU Framework Programme for Research and Innovation при содействии со стороны швейцарского Национального центра квантовых исследований и технологий National Center of Competence in Quantum Science and Technology (NCCR QSIT).