Ostatnie postępy w fizyce kwantowej doprowadziły do znaczącego przełomu: nowy projekt pamięci kwantowej charakteryzuje się niespotykaną wydajnością i dokładnością. Naukowcy z Shanghai Transport University i East China Normal University opracowali ramanowską pamięć kwantową zdolną do przechowywania i wyszukiwania informacji kwantowych z wydajnością na poziomie 94,6% i dokładnością na poziomie 98,91%, co skutecznie zbliża się do „perfekcji” w pamięci kwantowej.
Problem pamięci kwantowej
Pamięci kwantowe są kluczowymi komponentami przyszłych technologii kwantowych, w tym komputerów kwantowych, komunikacji kwantowej dalekiego zasięgu i zaawansowanych systemów wykrywania. Jednak poprzednie projekty miały nieodłączne ograniczenia: wysoka wydajność często odbywała się kosztem zmniejszonej dokładności i odwrotnie. Główną przeszkodą był niepożądany szum i przypadkowe wahania, które degradują przechowywaną informację kwantową. Osiągnięcie zarówno wysokiej wydajności i wysokiej dokładności pozostało głównym wyzwaniem w tej dziedzinie.
Rozwiązanie oparte na matematyce
Przełom, opisany szczegółowo w „Physical Review Letters”*, opiera się na nowym podejściu do kontrolowania interakcji atomów i światła podczas magazynowania kwantowego. Zespół zastosował dalekorezonansowy projekt rozpraszania Ramana, który umożliwił szerokopasmowe przechowywanie danych i szybsze przetwarzanie sygnału w porównaniu z innymi metodami. Decydujące znaczenie miało wprowadzenie precyzyjnej technologii sterowania adaptacyjnego, opartej na zasadzie mapowania czasoprzestrzennego atomów i światła, matematycznie opisanej transformatą Hankla. Ta metoda umożliwia dostrojenie pamięci w celu uzyskania optymalnej wydajności, minimalizacji szumów i maksymalizacji dokładności.
„Zasadniczo praca ta po raz pierwszy ujawnia mechanizm fizyczny leżący u podstaw mapowania atomów i światła w pamięci kwantowej” – wyjaśnia profesor Weiping Zhang, główny badacz na Uniwersytecie Transportu w Szanghaju. „W praktyce praca ta stanowi przełom w opracowaniu nowej metody i obiecującej techniki osiągania wzorców pamięci kwantowej”.
Łączenie wydajności i dokładności
Naukowcy z powodzeniem wdrożyli swoje podejście, wykorzystując ciepłe pary rubidu-87 (⁸⁷Rb), wykazując, że można pokonać wcześniej ograniczającą zależność między wydajnością i dokładnością. Precyzyjnie kontrolując interakcję atomów i światła, osiągnięto niemal wyjątkową wydajność w obu przypadkach. Stanowi to znaczący krok w kierunku stworzenia praktycznych i niezawodnych pamięci kwantowych dla zaawansowanych technologii.
Implikacje dla technologii kwantowych
Ten przełom ma szerokie implikacje dla przyszłości obliczeń kwantowych i komunikacji. Niezawodne pamięci kwantowe są potrzebne do budowy skalowalnych komputerów kwantowych, umożliwienia tworzenia sieci komunikacji kwantowej na duże odległości i opracowania rozproszonych systemów czujników kwantowych. Metoda opracowana przez zespół wyznacza jasną ścieżkę realizacji tych technologii.
Profesor Zhang i jego zespół planują dalej badać nowe zasady oparte na fizyce i integrować swoje pamięci w wzmacniaczach kwantowych na potrzeby odpornych na błędy architektur obliczeń kwantowych i sieci kwantowych. Wskazuje to na kontynuację trajektorii innowacji w tym obszarze.
Opracowanie niemal doskonałej pamięci kwantowej stanowi kamień milowy w rozwoju technologii kwantowej, torując drogę przyszłości, w której komputery kwantowe i sieci komunikacyjne staną się rzeczywistością.
