Nedávné pokroky v kvantové fyzice vedly k významnému průlomu: nový design kvantové paměti demonstruje bezprecedentní účinnost a přesnost. Výzkumníci z Shanghai Transport University a East China Normal University vyvinuli Ramanovu kvantovou paměť schopnou ukládat a získávat kvantové informace s účinností 94,6 % a přesností 98,91 % – což se efektivně blíží „dokonalosti“ v kvantovém ukládání.
Problém kvantové paměti
Kvantové paměti jsou kritickými součástmi pro budoucí kvantové technologie, včetně kvantových počítačů, kvantové komunikace na dlouhé vzdálenosti a pokročilých snímacích systémů. Předchozí konstrukce však trpěly přirozenými omezeními: vysoká účinnost byla často za cenu snížené přesnosti a naopak. Hlavní překážkou byl nežádoucí šum a náhodné výkyvy, které degradují uložené kvantové informace. Dosažení vysoké účinnosti a vysoké přesnosti zůstalo ústřední výzvou v této oblasti.
Matematicky založené řešení
Průlom, podrobně popsaný v Physical Review Letters, je založen na novém přístupu k řízení interakce atomů a světla během kvantového ukládání. Tým použil daleko rezonanční Ramanův rozptylový design, který umožňoval širokopásmové ukládání a rychlejší zpracování signálu ve srovnání s jinými metodami. Rozhodující význam mělo zavedení přesné technologie adaptivního řízení založené na principu časoprostorového mapování atomů a světla, matematicky popsané Hankelovou transformací. Tato metoda umožňuje vyladění paměti pro optimální výkon, minimalizaci šumu a maximalizaci přesnosti.
„Tato práce v zásadě poprvé odhaluje fyzikální mechanismus, který je základem mapování atomů a světla v kvantové paměti,“ vysvětluje profesor Weiping Zhang, vedoucí výzkumník na Šanghajské dopravní univerzitě. “V praxi tato práce představuje průlom ve vývoji nové metody a slibné techniky pro dosažení měřítek kvantové paměti.”
Přemostění vztahu mezi efektivitou a přesností
Výzkumníci úspěšně implementovali svůj přístup pomocí teplé páry rubidia-87 (⁸⁷Rb), což dokazuje, že dříve limitující vztah mezi účinností a přesností lze překonat. Přesným řízením interakce atomů a světla dosáhli téměř jedinečného výkonu v obou ohledech. To představuje významný krok k vytvoření praktických a spolehlivých kvantových pamětí pro pokročilé technologie.
Důsledky pro kvantové technologie
Tento průlom má široké důsledky pro budoucnost kvantových počítačů a komunikací. Spolehlivé kvantové paměti jsou potřebné k sestavení škálovatelných kvantových počítačů, umožnění dálkových kvantových komunikačních sítí a k vývoji distribuovaných kvantových senzorových systémů. Metoda vyvinutá týmem nabízí jasnou cestu k realizaci těchto technologií.
Profesor Zhang a jeho tým plánují dále zkoumat nové fyzikálně založené principy a integrovat své paměti do kvantových opakovačů pro kvantové výpočetní architektury a kvantové sítě odolné proti chybám. To naznačuje pokračující inovační trajektorii v této oblasti.
Vývoj téměř dokonalé kvantové paměti představuje kritický milník ve vývoji kvantové technologie a připravuje cestu pro budoucnost, ve které se kvantové počítače a komunikační sítě stanou realitou.
