Science: Создан протокол квантовой памяти с использованием ядерных поглотителей

Свет — это носитель информации, который используют не только в классических коммуникациях, но и в квантовых технологиях, таких как квантовые сети и вычисления. Однако обрабатывать световые сигналы сложнее, чем электронные.

Международная группа учёных во главе с доктором Ольгой Кочаровской, заслуженным профессором кафедры физики и астрономии Техасского университета A&M, предложила новый способ хранения и высвобождения рентгеновских импульсов на уровне одного фотона. Эта концепция может найти применение в будущих рентгеновских квантовых технологиях.

Группа под руководством профессора Института Гельмгольца в Йене доктора Ральфа Рёльсбергера провела исследование на синхротронных источниках PETRA III в Немецком электронном синхротроне (DESY) в Гамбурге и Европейском центре синхротронного излучения во Франции. В результате была впервые реализована квантовая память в жёстком рентгеновском диапазоне.

Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Квантовая память — это важный элемент квантовой сети, который позволяет хранить и извлекать квантовую информацию. Фотоны являются быстрыми и надёжными носителями квантовой информации, но их трудно удерживать в стационарном состоянии для последующего использования. Один из способов решить эту проблему — впечатать информацию в квазистационарную среду в виде поляризационной или спиновой волны с большим временем когерентности и выпустить её обратно через переизлучение исходных фотонов.

Кочаровская рассказала, что было создано несколько протоколов для квантовой памяти, но они ограничены оптическими фотонами и атомными ансамблями.

Использование ядерных ансамблей вместо атомных позволяет увеличить время памяти даже при высокой плотности твёрдого тела и комнатной температуре. Это возможно благодаря тому, что ядерные переходы менее чувствительны к внешним полям из-за малых размеров ядер.

Сочетание жёсткой фокусировки высокочастотных фотонов с ядерными ансамблями может привести к созданию долгоживущей широкополосной компактной твердотельной квантовой памяти.

Доктор Сивэнь Чжан, постдокторант из группы Кочаровской, который участвовал в эксперименте и был соавтором статьи команды, объясняет, что прямое распространение оптических/атомных протоколов на рентгеновские/ядерные оказывается сложным или невозможным. Поэтому в предыдущей работе был предложен новый протокол.

Идея нового протокола проста с точки зрения квантовых основ.

Набор движущихся ядерных поглотителей формирует частотную гребенку в спектре поглощения из-за движения. Короткий импульс со спектром, совпадающим с гребенкой, будет переизлучен с задержкой из-за конструктивной интерференции между различными спектральными компонентами.

В эксперименте мы использовали один стационарный и шесть синхронно движущихся поглотителей, которые сформировали семизубую частотную гребенку, — добавил Чжан.

Время жизни ядерной когерентности определяет максимальное время хранения данных для этого типа квантовой памяти. Использование изомеров с более долгим временем жизни, чем у изотопа железа 57, который мы выбрали для исследования, увеличило бы это время.

Протокол ядерной частотной гребенки — это квантовая память, которая работает на однофотонном уровне без потери информации. Это первое достижение для рентгеновских энергий.

Команда планирует освободить сохранённые волновые пакеты фотонов по требованию. Это может привести к запутанности между различными жёсткими рентгеновскими фотонами, основным ресурсом для квантовой обработки информации.

Исследование подчёркивает потенциал оптических квантовых технологий в диапазоне коротких волн. Он менее «шумный» из-за усреднения флуктуаций по большому количеству высокочастотных колебаний.

Авторы надеются продолжить изучение потенциала своей перестраиваемой, надёжной и универсальной платформы для развития квантовой оптики при рентгеновских энергиях.

09.08.2024


Подписаться в Telegram



Хайтек

Легкие и прочные: как Al-Sc сплавы покоряют промышленность
Легкие и прочные: как Al-Sc сплавы покоряют промышленность

3D-печать меняет правила игры: она дает б...

Световые качели: физики открыли новый способ управлять светом
Световые качели: физики открыли новый способ управлять светом

Физики научились управлять светом в кроше...

Тараканы-киборги — спасатели ближайшего будущего
Тараканы-киборги — спасатели ближайшего будущего

От зон стихийных бедствий до экстрем...

Томские ученые раскрыли секреты молекулярных взаимодействий
Томские ученые раскрыли секреты молекулярных взаимодействий

Ученые из Томского политехнического униве...

100 миллионов за молекулярный прорыв: в Уфе запустили супер-спектрометр
100 миллионов за молекулярный прорыв: в Уфе запустили супер-спектрометр

В Уфимском федеральном исследовательском центр...

От идеи до Росатома: история успеха проекта RSP
От идеи до Росатома: история успеха проекта RSP

В НИЯУ МИФИ создали онлайн-сервис —...

CARMA II — автономный робот, который делает ядерные объекты безопаснее
CARMA II — автономный робот, который делает ядерные объекты безопаснее

Передовая роботизированная система CARMA II ус...

Нейросети будущего: поляритоны в СПбГУ бьют рекорды точности
Нейросети будущего: поляритоны в СПбГУ бьют рекорды точности

Ученые из Санкт-Петербургского государств...

MIT учит дронов избегать столкновений: новый метод GCBF+
MIT учит дронов избегать столкновений: новый метод GCBF+

Инженеры из MIT придумали, как сдела...

Фокус на будущее: киноформные линзы меняют правила игры
Фокус на будущее: киноформные линзы меняют правила игры

Сотрудники лаборатории 3D-печати функциональны...

Российский минерал совершил революцию в мире двумерных материалов
Российский минерал совершил революцию в мире двумерных материалов

Ученые Томского политехнического университета ...

Свет из земли: как глина превратилась в дисплей
Свет из земли: как глина превратилась в дисплей

Мир дисплеев скоро изменится благодаря новым м...

В МИФИ создан радиоизотопный прибор для отечественной металлургии
В МИФИ создан радиоизотопный прибор для отечественной металлургии

В Национальном исследовательском ядерном униве...

Преодоление физических барьеров: на пути к новым квантовым технологиям
Преодоление физических барьеров: на пути к новым квантовым технологиям

Комментирует профессор Майя Вергниори, которая...

Впервые в России: в Катайске начали выпуск уникальных насосов
Впервые в России: в Катайске начали выпуск уникальных насосов

Катайский насосный завод, который находится в&...

Ученые ТПУ продемонстрировали, как у капель появляются «пальцы»
Ученые ТПУ продемонстрировали, как у капель появляются «пальцы»

Исследователи из Томского политехническог...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Cell Reports: Голодание приносит пользу взрослым, но создает риск для подростков
Cell Reports: Голодание приносит пользу взрослым, но создает риск для подростков
Легкие и прочные: как Al-Sc сплавы покоряют промышленность
Легкие и прочные: как Al-Sc сплавы покоряют промышленность
69 ученых, которые меняют мир: история успеха из Нижнего Новгорода
69 ученых, которые меняют мир: история успеха из Нижнего Новгорода
Невидимые враги: как ароматизаторы превращают ваш дом в угрозу для здоровья
Невидимые враги: как ароматизаторы превращают ваш дом в угрозу для здоровья
Как взрываются звезды: открытия, которые меняют наше представление о Вселенной
Как взрываются звезды: открытия, которые меняют наше представление о Вселенной
Как получить инструмент будущих инженеров бесплатно, если ты студент
Как получить инструмент будущих инженеров бесплатно, если ты студент
Спасти жизнь за минуты сможет кетамин в борьбе с эпилептическим статусом
Спасти жизнь за минуты сможет кетамин в борьбе с эпилептическим статусом
От шахт до чистой энергии: путь австралийской горнодобывающей промышленности
От шахт до чистой энергии: путь австралийской горнодобывающей промышленности
Больничные раковины и невидимый враг, который в них живет
Больничные раковины и невидимый враг, который в них живет
Цикорий и кобальт: дуэт против рака, бьющий точно в цель
Цикорий и кобальт: дуэт против рака, бьющий точно в цель
Без капитана, но с комфортом: в Нижнем Новгороде строят судно без экипажа
Без капитана, но с комфортом: в Нижнем Новгороде строят судно без экипажа
Лазер, графен, полимер: как создают электронику, которую можно сгибать
Лазер, графен, полимер: как создают электронику, которую можно сгибать
Ученые объединили два прибора в один, чтобы лучше анализировать газы
Ученые объединили два прибора в один, чтобы лучше анализировать газы
Световые качели: физики открыли новый способ управлять светом
Световые качели: физики открыли новый способ управлять светом
Удаленка навсегда: как бизнес адаптируется к новым реалиям
Удаленка навсегда: как бизнес адаптируется к новым реалиям

Новости компаний, релизы

Более 200 нижегородцев посетили научные кинопоказы честь Дня российской науки
Школьников и студентов Хабаровского края приглашают написать всероссийский диктант «Наука во имя Победы»
На Фестивале «Москва — Точка старта» победили проекты из МИФИ
Молодых и заслуженных ученых наградили в Хабаровске
Три представительницы Республики Татарстан стали победителями Всероссийского конкурса Знание.Лектор