Представена е първата квантова памет, работеща в рентгеновия диапазон

Международен екип от учени съобщи за полагането на основите на първата в света квантова памет, работеща в рентгеновия диапазон. В дългосрочен план това ще даде възможност за разработване на по-плътна и по-устойчива на шумове памет за квантовите компютри, които днес са ограничени във времето за квантови операции.

Преходът към „рентгенова“ памет ще увеличи времето за съхранение на квантовите състояния, което ще доближи квантовите компютри до практическата им стойност.

Настоящите модели на квантова памет, що се отнася до фотоните включват взаимодействието на светлината и атомите. Преди известно време групата на професор Олга Кочаровская от Тексаския университет „А&М“ предложи да се премине към нов начин на съхранение и освобождаване на импулси рентгеново лъчение на ниво единичен фотон, когато фотонът не въздейства върху атома, а директно върху неговото ядро.

В новото изследване група учени от Тексаския университет и техни колеги от Германия и Франция използват теоретичната работа на групата на Кочаровска и провеждат експеримент, който доказва осъществимостта на идеята, за която съобщават в статия в списание Science Advances.

Да се задържи светлината (фотонът) неподвижна – да се създаде своеобразен запис на информация е трудна задача. Това може да се направи с квазистационарни състояния като спин или поляризационни вълни.

„Квантовата памет е незаменим елемент от квантовата мрежа, който осигурява съхраняването и извличането на квантова информация. Фотоните са бързи и надеждни носители на квантова информация, но е трудно те да бъдат задържани в стационарно състояние, в случай че тази информация е необходима по-късно. Удобен начин да се постигне това е да се улови тази информация в квазистационарна среда под формата на поляризационна или спинова вълна с дълго време на кохерентност и да се освободи обратно чрез повторно излъчване на оригиналните фотони.“

обяснява Кочаровска

Идеята е тествана с помощта на синхротронни източници PETRA III в Германския електронен синхротрон (DESY) в Хамбург и Европейския център за синхротронно лъчение във Франция, което води до първата реализация на квантова памет в твърдия рентгенов диапазон.

Експериментът се основаваше на създаването на честотен гребен в спектъра на поглъщане. Рентгеновите импулси с абсорбционен спектър, съответстващ на този гребен сякаш се запомнят от ядрени мишени и могат да бъдат излъчени отново с определено закъснение – сякаш се четат. Прехвърлянето на този механизъм, (както споменахме по-горе) се осъществяваше в рентгеновия диапазон, за да се въздейства върху ядрата на атомите. По-малките ядра са по-слабо чувствителни към влиянието на външни магнитни полета и други смущения, а квантовите състояния, както е известно се страхуват от всичко това и колабират.

Следващите стъпки, планирани от екипа включват излъчване на съхранени вълнови пакети от фотони по заявка, което може да доведе до реализиране на заплитане между различни твърди рентгенови фотони – ключов ресурс за обработка на квантова информация. Изследването на екипа също така подчертава потенциала за разширяване на оптичните квантови технологии в диапазона на късите вълни, който по своята същност е по-малко „шумен“, тъй като смущенията се „разпръскват“ предимно върху високочестотни трептения.