Исследователи из Института квантовой оптики им. Макса Планка (MPQ) создали простую квантовую сеть с помощью одиночных атомов и фотонов.
Квантовая сеть – коммуникационная сеть, функционирующая на основе эффекта квантовой сцепленности состояний. Наименьшим элементом квантовой информации является кубит (квантовый бит). Как и бит, он допускает два собственных состояния – «0» и «1», но, в отличие от бита, может одновременно находиться в состояниях «1» и «0» (состояние суперпозиции).
Квантовые объекты могут использоваться для хранения кубитов. В исследованиях немецких ученых кубиты хранились во внутреннем состоянии одиночного атома рубидия, помещенного в оптический резонатор. Этот атом передавал кубит, испуская единичный фотон. Состояние поляризации фотона указывало на квантовое состояние испустившего его атома. Фотон, переданный в другой узел сети, поглощался вторым атомом рубидия, который таким образом принимал информацию о состоянии первого атома. Фотонная связь использовалась для запутывания двух атомов, находящихся в разных узлах сети. Известно, что свойства запутанных частиц коррелируют друг с другом, поэтому манипулирование одной из них влияет на другую.
Ученые передавали кубит от одного фотона одному атому, и наоборот. Кроме того, им удалось передать кубит с помощью фотона по оптоволокну длиной 21 м. Исследователи считают, что такая организация квантовой сети очень перспективна, т.к. масштабируема.
 |
Отдельные атомы образуют узлы элементарной квантовой сети, в которой информация передается с помощью контролируемого обмена единичными фотонами. Рисунок: Andreas Neuzner, MPQ
Для передачи информации между атомом и фотоном атомы помещались между двумя зеркалами, действовавшими как оптический резонатор. Поступивший в резонаторную полость фотон отражался между зеркалами несколько тысяч раз, пока его не поглощал атом рубидия. Фотоны, испускавшиеся из атома внутри резонаторной полости, направлялись в другой узел сети.
Таким образом, ученые создали прототип квантовой сети, обеспечивающей обратимый обмен квантовой информацией между узлами. При этом созданное квантовозависимое состояние между двумя узлами удерживалось в течение 100 мкс, а на генерацию сцепленности требовалось около 1 мкс.
Возможно, в дальнейшем с помощью эффекта квантовой спутанности и повторителей удастся передавать информацию на достаточно большие расстояния, не используя фотонные носители.
Ученые утверждают, что созданная ими сеть может стать средством телепортации (передачи квантового состояния на расстояние с помощью разъединенной в пространстве сцепленной пары и классического канала связи) квантовой информации, а также основой для построения квантового интернета.
Источник: Electronics News
Читайте также:
IBM совершила прорыв на пути создания квантового компьютера
Защищенный квантовый компьютер создан внутри алмаза
Пентаценовые тонкопленочные транзисторы продолжают совершенствоваться
Семь университетов США пытаются создать квантовую память