Фахівці НАСА провели перше увімкнення всіх бортових систем космічного корабля Orion
6 Вересня , 2017
Придумані колеса для електромобілів, здатні покращити гальмування
6 Вересня , 2017

Створений новий тип пристрою квантово-оптичної пам’яті, розмір якого у тисячу разів менше попередніх варіантів

Галузь квантових комунікацій переживає зараз період бурхливого розвитку. В цьому напрямку вже зроблено безліч відкриттів і розроблено ряд технологій, за допомогою яких в деяких місцях на земній кулі розгортаються квантові мережі, що використовують квантовий стан фотонів світла в якості носія інформації. Однак, основним “каменем спотикання” квантових комунікаційних технологій є пристрої квантово-оптичної пам’яті, ключові компоненти, які служать для короткочасного зберігання інформації та кодування цієї інформації в фотонах. На жаль, всі використовувані на сьогоднішній день пристрої квантово-оптичної пам’яті занадто великі для того, щоб їх можна було розміщати прямо на кристалах спеціалізованих чіпів.
Нещодавно, група дослідників з Каліфорнійського Технологічного інституту, Національного інституту стандартів і технологій і університету Верони, Італія, закінчила створення і випробування нового пристрою квантово-оптичної пам’яті, розмір якого мінімум в 1000 разів менше, ніж розміри всіх інших подібних пристроїв. Крім того, що такий пристрій відмінно “впишеться” на кристал комунікаційного чіпа, він має досить високий показник енергетичної ефективності.
Основою нового пристрою є нанорозмірна оптична западина, поєднана з кристалічним резонатором. Така комбінація дозволяє значно збільшити рівень взаємодії між одиничними фотонами світла і атомами неодиму. Пристрій квантово-оптичної пам’яті працює, зберігаючи окремі фотони світла в крихітних групах атомів неодиму, а самі ці атоми “зібрані в пастці” решітки кристалу ортованадату ітрію (yttrium orthovanadate, YVO).

Для того, щоб атоми неодиму стали здатні зберігати фотони, вони попередньо готуються за допомогою послідовності імпульсів лазерного світла так, щоб їх спектр поглинання був сформований у вигляді частотної гребінки. Така підготовка гарантує, що після моменту поглинання фотонів атомами, ці фотони будуть перевипромінені назад рівно через 75 наносекунд.
У проміжку після поглинанням фотонів атомами і перевипроміненням фотонів, атоми піддаються впливу пари додаткових імпульсів лазерного світла, які можуть викликати додаткову затримку перевипромінювання до 10 наносекунд в залежності від їх інтенсивності. Ця додаткова затримка дає час пристрою для проведення процесу неруйнівного пошуку закладених в фотонах даних.

При роботі даного пристрою пам’яті виникає цікавий і незвичайний ефект. Фотони, що зберігаються в атомі неодиму, знаходяться в стані квантової суперпозиції і вони заплутуються на квантовому рівні з першим та останнім імпульсом лазерного світла. Експерименти з пристроєм пам’яті показали, що хвильова функція перевипроміненого фотону світла практично відповідає хвильовій функції початкового фотону, іншими словами, пристрій квантово-оптичної пам’яті здатний зберігати фотони, не спотворюючи закладену в них квантову інформацію.
Стабільність роботи нового пристрою квантово-оптичної пам’яті відповідає рівню стабільності роботи інших подібних пристроїв, незважаючи на те, що їх розміри відрізняються більше ніж у тисячу разів. Крім того, у пристроїв попереднього покоління була відсутня можливість здійснення пошуку в збережених у них даних.
Для того, щоб у людей з’явилась можливість використання нового пристрою квантової пам’яті в практичних цілях, вченим необхідно буде розробити більш просту і зручну технологію масового виробництва таких пристроїв. Дослідні зразки пристрою квантово-оптичної пам’яті були виготовлені шляхом технології травлення і різання матеріалу іонним променем, який являє собою повільний процес, що вимагає досить високих енергетичних витрат. І, паралельно з цим, дослідники збираються провести ряд додаткових робіт, спрямованих на збільшення ефективності пристрою і збільшення часу зберігання інформації.

Першоджерело

Залишити відповідь

Увійти за допомогою: 
Inline
Inline