Priljubljene Objave

Izbira Urednika - 2019

Dolgotrajno shranjevanje fotonskega kubita za svetovno teleportacijo

Anonim

Znanstveniki MPQ dosežejo dolgo časa za shranjevanje fotonskih kvantnih bitov, ki prekinejo spodnjo mejo za neposredno teleportacijo v svetovnem kvantnem omrežju.

oglas


V zvezi z razvojem kvantnih spominov za uresničitev svetovnih kvantnih omrežij so znanstveniki oddelka Quantum Dynamics, ki jih je vodil profesor Gerhard Rempe na Inštitutu za kvantno optiko Max Planck (MPQ), dosegli velik napredek: pokazali so dolgoročno skladiščenje fotonskega qubita na enem samem atomu, ujetem v optičnem resonatorju. Čas koherence shranjenega kvantnega bitja presega 100 milisekund in se tako ujema z zahtevo za oblikovanje globalnega kvantnega omrežja, v katerem se kubi neposredno teleportirajo med končnimi vozli. "Čas koherence, ki ga dosežemo, predstavlja izboljšanje za dva reda velikosti v primerjavi s trenutno najsodobnejšo tehnologijo, " pravi profesor Rempe.

Svetloba je idealen nosilec za kvantne informacije, kodirane na posameznih fotonov, vendar je prenos na dolge razdalje zaradi izgube neučinkovit in nezanesljiv. Neposredna teleportacija med končnimi vozlišči omrežja se lahko uporabi za preprečevanje izgube dragocenih kvantnih bitov. Najprej je treba ustvariti oddaljeno zapletanje med vozlišči; potem ustrezna meritev na strani pošiljatelja sproži »sablasno dejanje na daljavo«, tj. trenutni prevoz kubita na sprejemno vozlišče. Kvantni bit pa se lahko vrti, ko doseže sprejemnik, zato ga je treba vrniti. V ta namen je potrebno podatke posredovati pošiljatelju na sprejemnik. To traja nekaj časa, med katerim je treba ohraniti qubit na sprejemniku. Glede na dve omrežni vozlišči na najbolj oddaljenih krajih na zemlji, to ustreza časovnemu razponu 66 milisekund.

Leta 2011 je skupina profesorja Rempe pokazala uspešno tehniko za shranjevanje fotonskega kvantnega bitja na enem samem atomu. Atom postavimo v središče optične votline, ki jo sestavita dve visokozmogljivi ogledali in se držita na mestu s stalnimi svetlobnimi valovi. En sam foton, ki nosi kvantni bit v koherentni superpoziciji dveh polarizacijskih stanj, začne močno sodelovati z enim atomom, ko ga pošlje v resonator. Na koncu foton absorbira atom in kvantni bit prenese v koherentno superpozicijo dveh atomskih stanj. Izziv je ohraniti atomsko superpozicijo čim dlje. V prejšnjih eksperimentih je čas shranjevanja omejen na nekaj sto mikrosekund.

"Glavna težava pri shranjevanju kvantnih bitov je pojav dephasinga, " pojasnjuje Stefan Langenfeld, doktorski kandidat pri eksperimentu. "Karakteristika kvantnega bitja je relativna faza valovnih funkcij atomskih stanj, ki so koherentno nadgrajena. Na žalost se v faznih eksperimentih ta fazni odnos izgubi skozi čas predvsem zaradi interakcije z nihajočimi magnetnimi polji."

V trenutnem poskusu znanstveniki sprejmejo nove ukrepe za preprečevanje vpliva teh nihanj. Ko se informacije prenesejo s fotona na atom, se prebivalstvo enega atomskega stanja koherentno prenese v drugo državo. To naredimo z uporabo para laserskih žarkov, da bi povzročili prehod Ramana. V tej novi konfiguraciji je shranjeni qubit 500-krat manj občutljiv na fluktuacije magnetnega polja.

Pred prevzemom shranjenega fotonskega kvantnega bitja je Raman prehod obrnjen. Za čas shranjevanja 10 milisekund je prekrivanje shranjenega fotona z vzvišenim fotonom približno 90%. To pomeni, da zgolj prenos atomskega qubita v manj občutljivo stanje konfiguracijo podaljša čas koherence za faktor 10. Še en faktor 10 je bil pridobljen z dodajanjem tako imenovanega "spina odmeva" v eksperimentalno zaporedje. Tukaj se populacija dveh atomskih stanj, ki se uporabljajo za shranjevanje, zamenjajo sredi časa shranjevanja. "Nova tehnika nam omogoča, da ohranimo kvantno naravo shranjenega bita za več kot 100 milisekund, " pravi Matthias Körber, doktorski kandidat pri eksperimentu. "Čeprav predvideno globalno kvantno omrežje, ki omogoča varen in zanesljiv prenos kvantnih informacij, še vedno zahteva veliko raziskav, je dolgotrajno shranjevanje kvantnih bitov ena od ključnih tehnologij in verjamemo, da nas bodo trenutne izboljšave prinesle pomembne korak bližje njegovemu uresničevanju. "

oglas



Story Source:

Materiali, ki jih zagotavlja Max Planck Inštitut za kvantno optiko . Opomba: Vsebino lahko uredite za slog in dolžino.


Referenčni opis revije :

  1. M. Körber, O. Morin, S. Langenfeld, A. Neuzner, S. Ritter, G. Rempe. Pomnilnik, zaščiten z dekoherenco, za enofotonski qubit . Narava fotonika, 2017; DOI: 10.1038 / s41566-017-0050-y