Останні досягнення в квантовій фізиці привели до значного прориву: нова конструкція квантової пам’яті демонструє безпрецедентну ефективність і точність. Дослідники з Шанхайського університету транспорту та Східно-Китайського педагогічного університету розробили квантову пам’ять Рамана, здатну зберігати та отримувати квантову інформацію з ефективністю 94,6% і точністю 98,91%, що фактично наближається до «досконалості» квантового зберігання.
Проблема квантової пам’яті
Квантова пам’ять є критично важливими компонентами для майбутніх квантових технологій, включаючи квантові комп’ютери, квантовий зв’язок великої дії та передові системи зондування. Однак попередні конструкції страждали від властивих обмежень: висока ефективність часто була ціною зниження точності, і навпаки. Основною перешкодою були небажані шуми та випадкові флуктуації, які погіршували збережену квантову інформацію. Досягнення високої ефективності і високої точності залишалося центральним завданням у цій галузі.
Математичне рішення
Прорив, детально описаний у Physical Review Letters, заснований на новому підході до контролю взаємодії атомів і світла під час квантового зберігання. Команда використовувала схему далекого резонансного комбінаційного розсіювання, яка дозволяла широкосмугове зберігання та швидшу обробку сигналу порівняно з іншими методами. Вирішальне значення мало впровадження технології точного адаптивного керування, заснованої на принципі просторово-часового відображення атомів і світла, математично описаному перетворенням Ганкеля. Цей метод дозволяє налаштувати пам’ять на оптимальну продуктивність, мінімізуючи шум і підвищуючи точність.
«По суті, ця робота вперше розкриває фізичний механізм, що лежить в основі відображення атомів і світла в квантовій пам’яті», — пояснює професор Вейпін Чжан, провідний дослідник Шанхайського транспортного університету. «На практиці ця робота є проривом у розробці нового методу та багатообіцяючої техніки для досягнення контрольних показників квантової пам’яті».
Поєднання зв’язку між ефективністю та точністю
Дослідники успішно реалізували свій підхід, використовуючи теплі пари рубідію-87 (⁸⁷Rb), продемонструвавши, що раніше обмежувальний зв’язок між ефективністю та точністю можна подолати. Завдяки точному контролюванню взаємодії атомів і світла вони досягли майже унікальної продуктивності в обох випадках. Це значний крок у напрямку створення практичних і надійних квантових пам’яті для передових технологій.
Наслідки для квантових технологій
Цей прорив має широкі наслідки для майбутнього квантових обчислень і комунікацій. Надійна квантова пам’ять потрібна для створення масштабованих квантових комп’ютерів, створення квантових комунікаційних мереж на великій відстані та розробки розподілених квантових сенсорних систем. Метод, розроблений командою, пропонує чіткий шлях до реалізації цих технологій.
Професор Чжан і його команда планують далі досліджувати нові фізичні принципи та інтегрувати свою пам’ять у квантові повторювачі для відмовостійких архітектур квантових обчислень і квантових мереж. Це свідчить про продовження інноваційної траєкторії в цій галузі.
Розвиток майже ідеальної квантової пам’яті є важливою віхою в розвитку квантових технологій, прокладаючи шлях до майбутнього, в якому квантові комп’ютери та комунікаційні мережі стануть реальністю.
