Ученые Калифорнийского Технологического Института разработала компьютерный чип с наноразмерной оптической квантовой памятью.
Квантовая память хранит информацию аналогично тому, как это делают устройства в обычных компьютерах, но в данном случае используются квантовые частицы — фотоны света. Это позволяет использовать особенности квантовой механики (например, суперпозицим, в которой квантовый элемент может существовать одновременно в двух разных состояниях) для хранения данных более эффективно и надежно. Ведущий исследователь Андрей Фараон говорит: «Такое устройство является важным компонентом для развития оптических квантовых сетей, которые могут быть использованы для передачи квантовой информации».
«Эта технология не только приводит к миниатюризации устройств квантовой памяти, но и позволяет лучше контролировать взаимодействие между отдельными фотонами и атомами», добавил соавтор Тиан Чжун. Использование отдельных фотонов для хранения и передачи данных давно является целью ученых и физиков из-за их способности надежно переносить информацию. Поскольку фотоны не имеют заряда и массы, они могут передаваться по волоконно-оптической сети с минимальным взаимодействием с другими частицами.
Новая микросхема квантовой памяти аналогична традиционной микросхеме памяти на компьютере, которая хранит информацию в двоичном коде, с той лишь разницей, что квантовая память хранит информацию, используя квантовые свойства отдельных элементарных частиц. Фундаментальная характеристика этих квантовых свойств, включая поляризацию и орбитальный момент, заключается в том, что они могут существовать одновременно в нескольких состояниях. Это означает, что квантовый бит — кубит одновременно представлять 1 и 0. Для хранения фотонов Фараон с коллегами создали модули памяти, используя оптические резонаторы из кристаллов, легированных редкоземельными ионами. Каждый модуль памяти похож на миниатюрный гоночный трек и охлаждался примерно до 0,5 Кельвина — чуть выше абсолютного нуля, а затем подвергался воздействию лазерных импульсов с одиночными фотонами.Каждый фотон поглощался редкоземельными ионами.
Исследователи выпускали фотоны спустя 75 наносекунд и проверяли, насколько достоверно сохранена информация. Ученые планируют продлить время, в течение которого память может хранить информацию, а также эффективность устройства. Чтобы создать жизнеспособную квантовую сеть, которая отправляет информацию на сотни километров, памяти необходимо хранить данные не менее одной миллисекунды.