Группа физиков из Университета Калгари (Канада) и Университета Падерборна (Германия) реализовала хранение квантового состояния одного фотона из запутанной пары частиц в волноводе, выполненном из ниобата лития с примесью тулия. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.
Твердотельная квантовая память необходима для создания повторителей — устройств, которые будут использоваться в комплексных системах квантовой связи. Работу таких систем обеспечат передаваемые по оптоволокну фотоны, а твердотельные узлы должны задерживать информацию на требуемое время, синхронизируя процессы передачи, и решить проблему потерь в оптоволокне.
Наиболее перспективными материалами, которые могут достаточно долго хранить квантовую информацию, считаются кристаллы с добавками ионов редкоземельных элементов. В экспериментах с ними запутанное состояние двух исходных фотонов преобразуется в запутанное состояние фотона и коллективного возбуждения атомов (миллионов редкоземельных ионов), а через некоторое заранее заданное время выполняется обратное преобразование. На выходе экспериментаторы должны снова получить два запутанных фотона.
В опытах авторов роль устройства хранения играл оптический волновод, охлаждённый до 3 К. Пары запутанных фотонов физики получали по проверенной методике спонтанного параметрического рассеяния. Фотон с длиной волны около 795 нм направлялся к волноводу, тогда как вторая (1 532-нанометровая) частица попадала в оптоволоконную линию задержки, а затем — на детектор.
Как отмечает «Компьюлента», осенью прошлого года аналогичное устройство представили швейцарские физики, которые использовали кристалл силиката иттербия и ионы неодима. Швейцарский вариант имеет более высокую эффективность работы, определяемую как отношение числа «сохранённых» и испущенных фотонов к общему числу падающих на кристалл фотонов, и увеличенное время хранения. Германо-канадская версия квантовой памяти, однако, даёт бóльшую ширину диапазона рабочих частот, равную 5 ГГц.
