Глобальні квантові комунікації можуть бути ближче, ніж це

Не більше квантових комп’ютерів, ні квантової криптографії, можуть розробляти та стати загальними технологіями без систем пам’яті, які можуть легко керувати квантовою інформацією та ефективно. Факультет фізики Варшавського університету намагається популяризації квантової інформаційної технології шляхом створення атомної пам'яті з неймовірними характеристиками та надзвичайно простим дизайном.

За роки тестування в фізичних лабораторіях, перші квантові технології повільно, але обов’язково набирають тягову. Одним із прикладів є квантова криптографія, метод шифрування, який забезпечує майже повну гарантію передачі даних, а тепер приймається військовими та банківськими установами. Обробка квантової інформації та надсилання її на віддалені відстані, однак, суворо обмежена відсутністю відповідної пам'яті. Університет Варшави в Польщі створив повноцінну роботу атомної пам'яті з простим і надійним дизайном, який можна використовувати в ряді додатків, в тому числі телекомунікацій.

«Найбільший виклик у створенні нашої квантової пам'яті був точний вибір параметрів системи, які дозволяють їй ефективно зберігати, зберігати та читати квантову інформацію». Ми також знайшли спосіб зменшити шум під час пошуку та виявлення, - сказав Войцеч Васильевський.

Сучасні волоконно-оптичні мережі передбачають передачу класичної інформації за допомогою лазерного світла, пропагованої всередині волоконно-оптичних кабелів. Однак, загартування світлового сигналу в такому волоконно-оптичного кабелю призводить до того, що воно ослаблюється при проходженні довгих відстаней. При використанні волоконно-оптичних кабелів, для кожного 100 кілометрів вам потрібно розмістити лазерні підсилювачі, які множать фотон. Вони перетворюють слабкий сигнал з невеликою кількістю фотон в сильний сигнал з великою кількістю фотон.

Тим не менш, у квантових зв'язках, це індивідуальні фотони та їх квантові стани, які важливі. У цьому царстві сигналізація означає не тільки множення кількості фотонів, але досить збереження початкового неактного квантового стану. На жаль, квантова інформація не може бути дублюється з домішкою: створення будь-яких вимірювань квантового стану фотона неминуче впливає на її оригінальний стан. Неможливості квантового клонування, виявлених польським фізиком Войцехом Зурком, накладає фундаментальні обмеження на операції, які можуть бути виконані з квантовою інформацією.

У 2001 році група фізиків з Університету Інсбрука та Гарвардського університету запропонувала протокол квантової передачі DLCZ, завдяки чому можна передавати квантову інформацію на віддалені відстані. За даними цього протоколу, квантова інформація, що входить до кожної реле вершини мережі, буде зберігатися там досить довго, щоб забезпечити успішну передачу на наступний вузол. Але в такому протоколі квантова пам'ять відіграє ключову роль, яка зберігатиме квантову інформацію протягом тривалого часу.

«Не дотепер квантова пам'ять вимагає складного лабораторного обладнання та складних методів охолодження системи до надзвичайно низьких температур, близьких до абсолютного нуля». Пристрій атомної пам'яті, що ми створили, може працювати при більш високих температурах, в межах 10 градусів Цельсій, і така пам'ять набагато простіше підтримувати, говорить Радек Кракивіч, аспірант і співавтор паперу.

Головний елемент пристрою пам'яті, створеного фізиками в Варшавському університеті, являє собою скляну камеру 2,5 см в діаметрі і довжиною 10 см, сторони яких покриті рубідом, і заповнюється інертним газом. Коли труба повільно нагрівається, пара рубідію заповнює камеру, при цьому інертний газ сповільнює їх рух і тим самим зменшує шум. Коли квантова інформація зберігається в такій камері, лазерний промінь фотон «принт» квантових станів на множині атомів рубідію. У той же час інші фотони, і їх виявлення вказує на те, що інформація зберігається. Інформація, що зберігається в пам'яті, можна отримати за допомогою іншого спеціально вибраного лазерного імпульсу.

Для запису та отримання квантової інформації вчені використовували передові методи фільтрації світла та інноваційну камеру власного дизайну. Ця камера здатна відрізняти індивідуальні фотон, має надзвичайно низький рівень шуму і швидкість десятки разів вище існуючих камер.

Стійкість квантової інформації, що зберігається в пам'яті, триває від декількох мікросекундів до десятків мікросекундів. Ви можете самі зателефонувати одержувачу. У сфері телекомунікацій, часовий кадр в мікросекундах досить достатній для проведення декількох спроб передачі квантового сигналу на наступну релейну станцію, підкреслює Михайла Домбровського, докторант факультету.

Експериментальна робота з тонкими явищами квантової оптики дозволила науковцям у Варшавському університеті суттєво знизити рівень шуму у квантових сигналах. При перерозподілі інформації більшість шуму здійснюється за допомогою фотон, емітованих клітинами пам'яті в іншому напрямку від того, в якому квантові інформаційні листки.

Те ж квантова атомна пам'ять може зберігати світло з різними видами просторових режимів. Звертаємо вашу увагу на те, що досягнення вчених мають найбільшу наявну потужність в даний момент. У реальній квантовій телекомунікації єдиний елемент цього нового типу може служити буфером пам'яті для декількох волоконно-оптичних кабелів одночасно.

Джерело: hi-news.ru