Направена е голяма стъпка към квантовите мрежи

Докато няколко от „градивните елементи“ на квантовите компютри вече са успешно тествани в лабораториите, създаването на мрежа изисква един допълнителен компонент: надежден интерфейс между компютрите и информационните канали. В последния брой на списанието „Нейчър“, физици от Университета на Инсбрук публикуват информация за изграждането на ефективен и регулируем интерфейс за квантови мрежи

Квантовата технология обещава да промени обработката на информация и комуникацията. Ние вече живеем в ерата на информацията, в които огромни количества данни се изпращат по целия свят през оптични влакна, но бъдещите квантови мрежи може да бъдат многократно по-мощни. Тези мрежи ще изискват интерфейси, които могат да предават информация от квантовите процесори на светлинните частици (фотони). Тези интерфейси ще позволят на оптичните влакна да предават информация носейки фотони между отдалечени регистри с данни, които има вероятност да бъдат съставени от квантови точки или йони.
За разлика от класическата информация, квантовата информация не може да бъде копирана, без да се повреди. Вместо това, физици от цял свят търсят начини за прехвърляне на квантова информация между материята и светлината с помощта на квантово заплитане – свойство, в който състоянието на една частица, зависи от състоянието на другата.
Сега, изследователски екип, ръководен от Райнер Блат, Трейси Нортъп и Андреас Щуте от Института по експериментална физика в Университета в Инсбрук, демонстрира първия ефективен и регулируем интерфейс между един йон и един фотон.

Физиците от Инсбрук са уловили един калциев йон в т. нар. капан на Пол и го поставят между две силно отразяващи огледала. Те възбуждат йона с лазер, като по този начин се генерира един фотон, който се преплита с йона и който се отразява между огледалата. Регулиране на заплитането между йона и фотона е възможно чрез регулиране на честотата и амплитудата на лазера.
Тази техника има две важни предимства в сравнение с предишни подходи, заплитащи атоми със светлина: „Ефективността, с която ние произвеждаме заплетени фотони е доста висока и по принцип може да се увеличи до над 99%“, обясни Нортъп. „Но преди всичко, това, което тази настройка позволява да се направи, е да генерира всяко възможно заплетено състояние.“ За тази цел, честотата и амплитудата на лазера са внимателно подбрани така, че да се постигне търсеното общо състояние на йона и фотона. В основата на експеримента лежи оптичния резонатор, състоящ се от две силно отразяващи огледала. Фотоните се движат напред-назад до 25 000 пъти между тези огледала, взаимодействайки си с йона, преди минавайки през едното огледало да избягат в едно оптично влакно. „Заедно с ефикасния процес на заплитане, ние демонстрираме заплетено квантово състояние между атом и един фотон измерено с най-голяма точност до момента“, заяви Щуте.

Експериментът предлага важни наблюдения за взаимодействието на светлината и материята и може да се окаже полезни в изграждането на квантови компютри или бъдещ квантов интернет. „Всеки път, когато ние трябва да прехвърлим квантова информация от сайтовете към комуникационните канали, както и обратното, ще се нуждаем от интерфейс между светлина и материя“, добави Нортъп.