אדי רובידיום מייצרים זיכרון קוונטי טוב

מציאת דרך אמינה לאחסן מידע קוונטי היא בלב המאמצים לבנות א אינטרנט קוונטי. בניגוד לנתונים קלאסיים, לא ניתן להעתיק או להגביר מידע קוונטי, ובעוד שהאינטרנט הקלאסי מעביר נתונים באמצעות טכנולוגיות בוגרות כמו נתבים ומתגים המקשרים קורי עכביש של חוטים וכבלים, אבני הבניין של האינטרנט הקוונטי עדיין בבנייה. באופן דומה, לכל חלק של מערכת אלקטרונית קלאסית יש מאגר שבו המידע יכול להישאר באופן זמני לפני שהוא מעובד, אבל מציאת דרך "לזכור" מצבים קוונטיים שבירים היא אתגר רב שנים.

חוקרים מאוניברסיטת באזל, שוויץ עשו זאת כעת מופגן זיכרון קוונטי כזה. בניסוי שלהם, נורת זכוכית מלאה בגז רובידיום (תא אדים) קולטת פוטונים נכנסים המעבירים מידע קוונטי, מאחסנת מידע זה באופן זמני ואז מייצרת פוטונים חדשים כדי לשאת את המידע משם. יתרה מכך, בניגוד למערכות קוונטיות רבות, הזיכרון הקוונטי של תא האדים יכול לפעול בטמפרטורת החדר או מעליו והוא פשוט יחסית להרכבה - מה שהופך אותו למועמד מושלם לפריסה ברשתות קוונטיות.

פוטונים במעבר

תכונת המפתח שהופכת את התקשורת הקוונטית למאתגרת היא גם חלק גדול מהמשיכה שלה. מכיוון שלא ניתן להעתיק מידע המאוחסן במצבים קוונטיים של פוטונים (בניגוד לאותות אלקטרוניים העוברים דרך כבל), צד שלישי זדוני אינו יכול ליירט נתונים קוונטיים מבלי להתריע בפני השולח או המקבל.

עם זאת, מכיוון שלא ניתן להעתיק נתונים קוונטיים, גם לא ניתן להגביר אותם בקלות. ללא הגברה, האות העובר לאורך כבל סיבים אופטיים נחלש לאורך המרחק. זה מגביל את העברת הנתונים לכמה מאות קילומטרים במקרה הטוב.

אחת הדרכים להימנע מבעיה זו היא להציג משחזרים בין השולח לנמען. כל שני משחזרים יכולים להחליף פוטונים כדי לסבך את הזיכרונות שלהם. לאחר מכן ניתן להשתמש בהסתבכות המשותפת לטלפורטור מידע מקצה אחד למשנהו.

אחסון ושליפה של פוטונים

כאשר הנתבים מעבירים את המידע הקוונטי, הם צריכים דרך לאחסן את המידע באופן זמני לפני שהם מעבירים אותו בצורה מאובטחת לתחנה הבאה. כאן נכנסים זיכרונות קוונטיים.

עבור הניסוי בבאזל, החוקרים התחילו באתחול אטומי הרובדיום בתא האדים שלהם למצב קרקע. כאשר פוטונים נכנסים ממקור פוטון בודד מקיימים אינטראקציה עם אטום רובידיום בתא זה, האטום נכנס לסופרפוזיציה של מצבים קוונטיים. ניתן להפוך תהליך זה כדי לגרום לתא האדים לפלוט פוטונים המכילים את המידע שזה עתה ספג.

בעוד שזכרונות קוונטיים היו מושא מחקר פופולרי, לא הייתה בעבר דרך להפעיל אותם בצורה אמינה בטמפרטורת החדר או מעליה. לפי ג'יאני בוסר, המחבר הראשי של מאמר ב PRX קוונטי לגבי המחקר, מכשירים המבוססים על אטומים קרים הוכיחו ממשק יעיל בין מקורות פוטון וזיכרונות. ניסויים אלה, לעומת זאת, הם איטיים ובעלי רוחב פס נמוך. בנוסף, זה מסורבל להקים זיכרונות אטומים קרים מחוץ למעבדה. שימוש בתא אדים מבטיח שניתן יהיה להשתמש במכשיר מעל טמפרטורת החדר במגוון רחב של מקרי שימוש - דבר שחשוב כאשר אתה "לוקח בחשבון כיצד נעשה שימוש בכל מקום בזיכרון ברשתות ותקשורת קלאסית", מוסיף בוסר, ומציין כי גם אבן הבניין הבסיסית צריכה להיות חזקה מאוד.

אתגר נוסף עם זיכרונות המבוססים על תאי אדים הוא קריאת פוטונים לאחר אחסון. לזיכרון יש משמעות רק אם ניתן לקרוא את המידע המאוחסן בו בצורה מהימנה, אבל בתא אדים, האטומים מתנגשים זה בזה ובדפנות התא, מה שפוגע באיכות הפוטונים המשתחררים. על ידי פיתוח טכניקות להפחתת רעש הקריאה, ביזר וצוותו הצליחו לקרוא פוטונים שנשמרו במשך כמה מאות ננו-שניות - משך זמן זעיר בקנה מידה אנושי, אך זמן רב עבור פעימות הפוטונים ששימשו בניסוי, שהם עצמם רק באורך של כמה ננו-שניות.

לדברי בוזר, יש דרכים פשוטות לשפר את התוצאה של הקבוצה שלו. "הניסוי שפורסם מסתמך על תא רובידיום די רגיל, זמין מסחרית. שיתוף פעולה עם מומחי תאי אדים יכול לעשות דרך ארוכה להפוך את לב הניסוי למתאים יותר למטרה שלו", הוא אומר. ציפוי התא בחומרים כמו פרפין גם מפחית מידע קוונטי שאבד כאשר אטומים מתרסקים על דפנות התא. למעשה, בוסר אופטימי כי זמני האחסון של הזיכרון יכולים להגיע לערכים בסדר גודל של שנייה, דבר שהוא מציין "הוא באמת נצח לפוטון".