Физикам удалось построить квантовый регистр на базе оптоволокна и сверхохлажденных атомов - «Наука и технологии»

Ученым-физикам из лаборатории Кастлера Бросселя (Kastler Brossel Laboratory), Париж, удалось создать своего рода аналог квантового регистра из оптического волокна и сверхохлажденных атомов. За счет использования принципов нанофотоники, все атомы находятся в защищенном запутанном состоянии, а для адресации, записи и чтения из них квантовой информации используются единичные фотоны света. Отметим, что данные исследования можно отнести к области так называемой квантовой волноводной электродинамики, которая бурно развивается в последнее время и в которой разрабатываются технологии, которые могут стать в будущем основой квантовой версии нынешнего Интернета.

Атомный регистр, созданный группой профессора Жюльен Лора (Julien Laurat) из университета Сорбонны, представляет собой цепочку атомов цезия, пойманных в оптическую ловушку, расположенную вдоль наноразмерного оптического волокна. Это наноразмерное оптоволокно изготовлено из обычного оптоволокна, диаметр которого урезан ступенчатым образом до 400 нанометров на участке, длиной в 1 сантиметр. Благодаря этому большая часть света, поданного в оптоволокно, идет на участке сужения за пределами волновода. Это, в свою очередь, позволяет создать оптическую ловушку, которая улавливает около 2 тысяч холодных атомов цезия, располагает и выравнивает их на удалении 200 нм от поверхности тонкого волокна.

"Такая техника захвата атомов в оптическую ловушку была разработана еще несколько лет назад. Но до последнего времени еще никто не пытался использовать его при создании квантовых и оптических фотонных устройств" - пишут исследователи.

Изначально все атомы, пойманные в ловушку, переводятся в одно определенное энергетическое состояние. Информация в этот регистр записывается при помощи единичного низкоэнергетического фотона света, подаваемого в оптическое волокно. Чтение записанной информации также осуществляется при помощи подаваемых в оптоволокно единичных фотонов, имеющих несколько иные параметры, чем параметры фотонов, используемых для записи. И уже в том виде, в котором он существует на сегодняшний день, такой квантовый регистр можно использовать для реализации примитивных квантовых сетей.

Данное достижение является результатом нескольких работ, проделанных группой профессора Лора за последние несколько лет. Среди этих работ можно выделить полную остановку импульса света внутри оптического волокна и организацию рекордно эффективной квантовой памяти. "Помимо развития квантовых коммуникационных технологий, наша работа открывает путь к новым исследованиям в области нелинейной квантовой оптики и многомерной квантовой физики, заключенной в пределах условно одномерной системы" - рассказывает Нил Корзо (Neil Corzo), ведущий исследователь.