Ingenjörer vid California Institute of Technology har visat att atomer i optiska hålrums håligheter kan bli en av de viktigaste teknikerna för hur kvantinternet fungerar. Forskarna publicerade sitt arbete i tidskriften Nature.
Kvantnätverk kommer att ansluta kvantdatorer genom ett speciellt system som ger en anslutning mellan dem. I teorin kommer kvantdatorer en dag att kunna utföra vissa funktioner snabbare än klassiska datorsystem, med hjälp av kvantmekanikens egenskaper, såsom superposition av tillstånd, vilket gör att kvantbitar kan vara både noll och en samtidigt.
Liksom med klassiska datorer vill forskare ansluta flera kvantdatorer för att utbyta data och arbeta tillsammans - för att skapa ett slags "kvantinternet." Detta skulle öppna dörren för olika applikationer, inklusive distribuerad kvantberäkning och krypterad kommunikation. Ett sådant nätverk måste emellertid kunna överföra information mellan två enheter utan att ändra kvantegenskaperna för den överförda informationen.
Den nuvarande modellen fungerar så här: En atom eller jon fungerar som en kvbit och lagrar information om dess kvantegenskap, till exempel snurr. För att läsa den här informationen och överföra den till en annan plats, måste atomen vara upphetsad med en ljuspuls, vilket får den att avge en foton vars rotation är sammankopplad med atomens rotation och är lika med den. Fotonen kan sedan överföra information associerad med atomen över ett långt avstånd över en optisk fiberkabel. Men att göra det är svårare än det låter. De flesta atomer är känsliga för fluktuationer i magnetiska och elektriska fält, vilket leder till fel i driften av enheter baserade på dem.
För att övervinna detta problem byggde Caltech-forskarna en nanofotonisk resonator - en stav på cirka 10 mikron med ett speciellt mönster etsat på dess yta, gjord av en yttriumortovanadatkristall. Sedan placerade forskarna en jon av den sällsynta jordartsmetall ytterbium Yb 3+ i mitten. När strålning överförs genom en sådan resonator passerar den flera gånger längs stången och absorberas i slutändan tillräckligt med energi av ytterbiumjonen. Författarna visade också att håligheterna i materialet förändrar jonens miljö, på grund av vilken den utsända fotonen kan stanna i materialet upp till 99% av tiden, och forskare, under tiden, kan mäta dess egenskaper.
Dessutom kan ytterbiumjoner lagra information i ryggen under 30 millisekunder. Detta räcker för att överföra information över det kontinentala Förenta staterna. Teamet är för närvarande fokuserat på att skapa byggstenarna i ett kvantnätverk. De hoppas då att utöka sina experiment och koppla de två kvantbitarna långt ifrån varandra.
Författare: Nikita Shevtsev
