Первая в мире квантовая сеть Налаштування

[Rilian]

Коллектив ученых под руководством директора Института квантовой оптики Макса Планка, профессора Герхарда Ремпе, построил первую элементарную квантовую сеть. Она состоит из двух связанных одноатомных узлов, передающих квантовую информацию посредством когерентного обмена фотонами.



В одиночном атоме квантовая информация закодирована в когерентной суперпозиции двух энергетических уровней. Когда атом в узле А под действием управляющего лазера излучает фотон, информация переходит в тип поляризации последнего. По оптическому волокну фотон достигает узла Б, где когерентно поглощается переводя атом-получатель в квантовое состояние, в котором первоначально находился атом А. В итоге, атом А пребывает в готовности к получению следующего фотона, а атом Б способен передать свою информацию дальше или обратно. Такое решение поддерживает наращивание сетей до произвольных многоузловых конфигураций. Считывание квантовых состояний узлов выполняется переводом их в поляризацию фотонов, легко измеряемую инструментально.

Первой проблемой для экспериментаторов стало удержание атома в ловушке (полости с двумя близко расположенными зеркалами) - она была преодолена применением лазерных лучей, настроенных так, чтобы вносимые ими возмущения были минимальны. Затем, была решена задача управляемого испускания захваченным атомом одиночного фотона. И окончательно, удалось показать, что система из атома в полости способна служить интерфейсом для хранения информации, закодированной в фотоне, и, после определенного периода хранения, отсылать ее с другим одиночным фотоном.

Опытная установка состояла из двух таких систем, представляющих узлы сети, они были смонтированы в двух лабораториях на расстоянии 21 м и соединены оптическим кабелем длиной 60 м. Фактически, впервые в мире была реализована квантовая связь между массивными частицами на столь большой дистанции.

Соавтор статьи в апрельском номере журнала Nature, Стефан Риттер, отмечает, что в эксперименте такая дальняя квантовая связь создавалась примерно за микросекунду и сохранялась порядка 100 микросекунд. В далекой перспективе, по его мнению, в подобную когерентную квантовую систему может превратиться и весь интернет

Статья авторов работы опубликована в журнале Nature. Её также можно найти на сайте препринтов arXiv.org.