Квантовые сети, позволяющие многим квантовым компьютерам работать вместе и обмениваться данными, защищёнными невзламываемой квантовой криптографией, для своего функционирования нуждаются в способе пересылки информации без изменения её квантовых свойств.

Наиболее перспективная сегодняшняя технология заключается в возбуждениии квантового бита (одиночного атома или иона) импульсом света, в результате чего он испускает фотон, спин которого перепутан со спином самого атома. Этот фотон может переносить перепутанную с кубитом информацию на большие расстояния по оптоволоконному кабелю.

Преодолеть главную технологическую трудность на пути создания «квантового Интернета» — создать кубит, чувствительный к свету, но устойчивый к воздействию других помех, смогли инженеры из Калифорнийского технологического института. О своём достижении они рассказали 30 марта в статье, вышедшей в престижном научном журнале Nature.

«Твёрдотельные излучатели, которые хорошо взаимодействуют со светом, часто становятся жертвами декогеренции; то есть хранимая в них информация становится бесполезной для квантовых технологий, — говорит Джон Киндем (Jon Kindem), ведущий автор статьи. — Между тем, атомы редкоземельных элементов, свойства которых делают их полезными для работы в качестве кубитов, как правило плохо взаимодействовуют со светом».

Команда из Калтеха под руководством профессора электротехники и прикладной физики Андя Фараона (Andrei Faraon) сконструировала нанофотонную полость в виде вырезанного из кристалла бруска длиной около 10 нм, по центру которого находился ион редкоземельного элемента иттербия. Попавший в такую оптическую полость свет многократно переотражался, пока не происходило его поглощение ионом.

Авторы показали, что испускаемый ионом фотон более чем в 99% случаев оставался в полости, где учёные могли его обнаруживать и через него считывать квантовое состояние иона. Это увеличивает частоту, с которой ион может испускать фотоны, и улучшает общую эффективность системы. Кроме того, ионы иттербия могут хранить информацию в своём спине до 30 миллисекунд — за это время свет способен перенести перепутанные квантовые данные с одного побережья США на другое.

«Это закрывает большинство вопросов. Данный редкоземельный ион, поглощает и испускает фотоны именно так, как нам нужно для создания квантовой сети, — говорит Фараон, профессор прикладной физики и электротехники. — Это может стать основополагающей технологией квантового Интернета».

Следующей задачей исследователей из Калтеха станет реальное соединение по сети двух кубитов.

Источник: ko.com.ua