Недавние достижения в квантовой физике привели к значительному прорыву: новая конструкция квантовой памяти демонстрирует беспрецедентную эффективность и точность. Исследователи из Шанхайского транспортного университета и Восточно-Китайского педагогического университета разработали рамановскую квантовую память, способную хранить и извлекать квантовую информацию с эффективностью 94,6% и точностью 98,91% – фактически приближаясь к «совершенству» в квантовом хранении.
Проблема Квантовой Памяти
Квантовые памяти являются критически важными компонентами для будущих квантовых технологий, включая квантовые компьютеры, квантовую связь на большие расстояния и передовые сенсорные системы. Однако предыдущие конструкции страдали от присущих им ограничений: высокая эффективность часто достигалась за счет снижения точности, и наоборот. Основным препятствием был нежелательный шум и случайные колебания, ухудшающие сохраненную квантовую информацию. Достижение как высокой эффективности, так и высокой точности оставалось центральной проблемой в этой области.
Математически Обоснованное Решение
Прорыв, подробно описанный в Physical Review Letters, основан на новом подходе к управлению взаимодействием атомов и света во время квантового хранения. Команда использовала схему далеко-резонансного рамановского рассеяния, что позволило добиться широкополосного хранения и более быстрой обработки сигналов по сравнению с другими методами. Решающее значение имело внедрение точной адаптивной техники управления, основанной на принципе пространственно-временного отображения атомов и света, математически описываемого преобразованием Ханкеля. Этот метод позволяет настроить память на оптимальную производительность, минимизируя шум и максимизируя точность.
«В корне, эта работа впервые раскрывает физический механизм, лежащий в основе отображения атомов и света в квантовой памяти, – объясняет профессор Вэйпин Чжан, ведущий исследователь из Шанхайского транспортного университета. – Практически, эта работа делает прорыв в разработке нового метода и перспективной техники для достижения эталонных показателей квантовой памяти».
Преодоление Взаимосвязи Эффективности и Точности
Исследователи успешно реализовали свой подход, используя теплый пар рубидия-87 (⁸⁷Rb), продемонстрировав, что ранее ограничивающая взаимосвязь между эффективностью и точностью может быть преодолена. Точно контролируя взаимодействие атомов и света, они достигли почти единичной производительности по обоим показателям. Это представляет собой значительный шаг к созданию практичных и надежных квантовых памятей для передовых технологий.
Последствия для Квантовых Технологий
Этот прорыв имеет широкие последствия для будущего квантовых вычислений и связи. Надежные квантовые памяти необходимы для создания масштабируемых квантовых компьютеров, обеспечения квантовых коммуникационных сетей на большие расстояния и разработки распределенных квантовых сенсорных систем. Метод, разработанный командой, предлагает четкий путь к реализации этих технологий.
Профессор Чжан и его команда планируют дальнейшее изучение новых физически обоснованных принципов и интеграцию их памяти в квантовые повторители для отказоустойчивых квантовых вычислительных архитектур и квантовых сетей. Это указывает на продолжение инновационной траектории в этой области.
Разработка почти идеальной квантовой памяти представляет собой решающий этап в развитии квантовых технологий, прокладывая путь к будущему, в котором квантовые компьютеры и коммуникационные сети станут реальностью.
