Pamięć kwantowa

Czwartek, 14 grudnia 2017 (08:00)

Laboratoryjna pamięć kwantowa, zdolna przechowywać jednocześnie 665 kwantowych stanów światła – takie jest osiągnięcie naukowców z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.

Zdjęcie

Zdj. Ilustracyjne /© Glowimages
Zdj. Ilustracyjne
/© Glowimages

Pamięć tego typu jest niezbędnym elementem jeśli chodzi o przetwarzanie informacji w każdym komputerze kwantowym. Przechowuje bowiem superpozycję stanów kwantowych, która może być odtworzona na żądanie użytkownika pamięci. Najważniejsza jest przy tym jej pojemność, oznaczająca liczbę kubitów, którą może efektywnie przetwarzać.

Jednoczesne operowanie na wielu kubitach jest koniecznością, bowiem umożliwia sprawne działanie na kwantowych obliczeniach równoległych, co zapewnia nowe możliwości w dziedzinie obrazowania lub komunikacji. Potrzebne są do tego fotony o precyzyjnie kontrolowanych właściwościach, ale właśnie zwykle stosowane łączenie wielu emiterów pojedynczych fotonów w jedną sieć, znacznie komplikuje technicznie cały układ. Jeśli jednak zostanie zastosowana w komputerze kwantowym pamięć fotonowa, wówczas wytworzenie kilkunastu fotonów, koniecznych do prowadzenia elementarnych obliczeń kwantowych, zajmuje kilka sekund. Nowymi sposobami przechowywania fotonów jest np. zastosowanie informacji o ich kątach emisji, co w połączeniu z kamerą czułą na pojedyncze fotony pozwala na bezpośrednią rejestrację światła, emitowanego z pamięci.

Reklama

Naukowcy z Wydziału Fizyki UW skonstruowali pamięć kwantową, w której mieści się kilkaset stanów światła jednocześnie, co stanowi światowy rekord, ponieważ inne rozwiązania umożliwiają tylko przechowywanie kilkudziesięciu. Sercem tego układu jest pułapka magnetooptyczna (MOT). Stanowi ją kilkadziesiąt atomów rubidu, umieszczonych w szklanej komorze próżniowej, zamkniętych w pułapce i schłodzonych do temperatury 20 mikrokelwinów przy pomocy laserów i pola magnetycznego. "Protokół pamięci opiera się na nierezonansowym rozpraszaniu światła na atomach: w procesie zapisu oświetlamy zimną chmurę atomów laserem, w wyniku czego emitowane są pod losowymi kątami fotony, rejestrowane następnie na czułej kamerze" - stwierdzają badacze.

Cała informacja o kierunkach rozproszeń jest przechowywana wewnątrz zespołu atomów w postaci kolektywnych wzbudzeń (tzw. fal spinowych). Mogą być one na żądanie odtworzone w postaci kolejnej grupy fotonów. Pomiar korelacji pomiędzy kierunkiem fotonów emitowanych podczas zapisu i odczytu pamięci pozwala stwierdzić, że w eksperymencie wytwarzane jest światło, nie opisywalne przy użyciu klasycznej optyki. Cała pamięć oparta jest na 9 laserach i trzech serwerach kontrolujących jej działanie.

Dodatkowo, co istotne informacja o wszystkich wyemitowanych z pamięci fotonach, jest przechowywana w tej samej objętości atomów, które współdzielą zapisaną informację. Umożliwia to obserwację interferencji dwóch fal spinowych, pochodzących od znajdujących się w zewnętrznym polu magnetycznym atomów, opisanych odmiennym zestawem liczb kwantowych. Ułatwi to w przyszłości rozbudowę pamięci i wytworzenie pojedynczych fotonów o kontrolowanych parametrach.

MM

Artykuł pochodzi z kategorii: Innowacje - Technologie

Zobacz również

  • Pandemia przyspieszyła polską cyfryzację

    Pandemia COVID-19 i wprowadzony z nią lockdown, zmusiły polskie firmy do pracy na zasadach, które przed marcem tego roku były nie do pomyślenia. W przeważającej części z korzyścią dla konsumenta.... więcej