Ερευνητές του ινστιτούτου ICFO στη Βαρκελώνη, υπό την καθοδήγηση του καθηγητή Hugues de Riedmatten, πέτυχαν τη διατήρηση καταστάσεων μεμονωμένων φωτονίων σε στερεάς κατάστασης κβαντικές μνήμες για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα από κάθε προηγούμενη προσπάθεια.
Η σχετική μελέτη, η οποία δημοσιεύτηκε στο περιοδικό «Physical Review Letters», αποτελεί σημαντικό βήμα για την υλοποίηση των κβαντικών επαναληπτών και του μελλοντικού κβαντικού διαδικτύου.
Η πρόκληση της αποσύνδεσης στις κβαντικές μνήμες
Για την κατανομή της κβαντικής διεμπλοκής σε μεγάλες αποστάσεις, οι κβαντικοί επαναλήπτες απαιτούν μνήμες ικανές να αποθηκεύουν κβαντικές καταστάσεις έως ότου συγχρονιστούν οι μετρήσεις στο δίκτυο. Στο πείραμα χρησιμοποιήθηκε ένας κρύσταλλος εμπλουτισμένος με ιόντα πρασεοδυμίου.
Όταν το φωτόνιο απορροφάται από τον κρύσταλλο, η διέγερση μεταφέρεται σε μια κατάσταση σπιν μέσω οπτικών παλμών ελέγχου. Ωστόσο, οι μικροδιαφορές στο περιβάλλον κάθε ιόντος προκαλούν ταχεία απώλεια της φάσης (dephasing) και υποβάθμιση της κβαντικής πληροφορίας.
Η εφαρμογή του πρωτοκόλλου επαναφοράς φάσης σπιν
Για την αντιμετώπιση του φαινομένου, οι ερευνητές εφάρμοσαν το πρωτόκολλο επαναφοράς φάσης σπιν (spin rephasing). Με τη διοχέτευση μιας σειράς παλμών ραδιοσυχνότητας, αντιστράφηκε η συσσωρευμένη φάση των ιόντων, επιτρέποντας την πλήρη αποκατάσταση της συλλογικής διέγερσης του σπιν μετά από καθορισμένο χρόνο.
Με τη μέθοδο αυτή, η ομάδα πέτυχε χρόνο αποθήκευσης μεμονωμένων φωτονίων έως και 180 μικροδευτερόλεπτα, τιμή που αντιστοιχεί σε απόσταση διασύνδεσης μέσω οπτικής ίνας άνω των 30 χιλιομέτρων.
Σημασία για τα κβαντικά δίκτυα
Το πείραμα απέδειξε ότι η τεχνική διατηρεί τις κβαντικές συσχετίσεις ανάμεσα στη μνήμη και σε ένα δεύτερο φωτόνιο τηλεπικοινωνιακού μήκους κύματος. Η επιτυχής εφαρμογή του πρωτοκόλλου σε κβαντικό φως καθιστά τις μνήμες ιόντων πρασεοδυμίου έναν από τους βασικούς υποψήφιους μηχανισμούς για την κλιμακώσιμη ανάπτυξη κβαντικών δικτύων.