Квантовая память хранит информацию подобным способом к способу, которым традиционная память компьютера делает, но на отдельных квантовых частицах – в этом случае, фотоны света. Это позволяет ему использовать в своих интересах специфические особенности квантовой механики (такие как суперположение, в котором квантовый элемент может существовать в двух отличных государствах одновременно) хранить данные более эффективно и надежно.«Такое устройство – важная составляющая для будущего развития оптических квантовых сетей, которые могли использоваться, чтобы передать информацию о кванте», говорит Андрей Фараон (БАКАЛАВР НАУК ’04), доцент прикладной физики и материаловедения в Подразделении Технических наук и прикладной науки в Калифорнийском технологическом институте и соответствующего автора статьи, описывающей новый чип.Исследование казалось онлайн перед публикацией журналом Science 31 августа.
«Эта технология не только приводит к чрезвычайной миниатюризации квантовых устройств памяти, это также позволяет лучший контроль взаимодействий между отдельными фотонами и атомами», говорит Тянь Чжун, ведущий автор исследования и Калифорнийского технологического института постдокторский ученый. Чжун – также преподаватель исполняющего обязанности помощника молекулярной разработки в Чикагском университете, где он откроет лабораторию, чтобы развивать квант фотонные технологии в марте 2018.Использование отдельных фотонов, чтобы сохранить и передать данные долго было целью инженеров и физиков из-за их потенциала, чтобы нести информацию достоверно и надежно.
Поскольку фотоны испытывают недостаток в обвинении и массе, они могут быть переданы через оптоволоконную сеть с минимальными взаимодействиями с другими частицами.Новая квантовая микросхема памяти походит на традиционную микросхему памяти в компьютере. Оба хранят информацию в двоичном коде. С традиционной памятью информация хранится, щелкая миллиардами крошечных электронных выключателей или на или прочь, представляя или 1 или 0. То, что 1 или 0 известен как немного.
В отличие от этого, квантовая память хранит информацию через квантовые свойства отдельных элементарных частиц (в этом случае, световая частица). Фундаментальная особенность тех квантовых свойств – которые включают поляризацию и орбитальный угловой момент – то, что они могут существовать в многократных государствах в то же время.
Это означает, что квант укусил (известный как кубит), может представлять 1 и 0 в то же время.Чтобы сохранить фотоны, команда Фараона создала модули памяти, используя оптические впадины, сделанные из кристаллов, лакируемых с ионами редкоземельных элементов. Каждый модуль памяти похож на миниатюрную трассу, имея размеры всего 700 миллимикронов шириной 15 микронов длиной – в масштабе эритроцита. Каждый модуль был охлажден приблизительно 0,5 Келвину – чуть выше Абсолютного нуля (0 Келвина или-273.15 Цельсия) – и затем в большой степени фильтрованный лазер накачал единственные фотоны в модули.
Каждый фотон был поглощен эффективно ионами редкоземельных элементов с помощью впадины.Фотоны были выпущены 75 наносекунд спустя и проверены, чтобы видеть, сохранили ли они искренне информацию, зарегистрированную на них. Девяносто семь процентов времени, они имели, говорит Фараон.
Затем, команда планирует расширить время, когда память может хранить информацию, а также ее эффективность. Чтобы создать жизнеспособную квантовую сеть, которая посылает информации более чем сотни километров, память должна будет точно хранить данные по крайней мере для одной миллисекунды.
Команда также планирует работать над способами интегрировать квантовую память в более сложные схемы, делая первые шаги к развертыванию этой технологии в квантовых сетях.