In een nieuwe mijlpaal slaan natuurkundigen licht op en transporteren het met behulp van kwantumgeheugen.

De opslag en overdracht van informatie is een fundamenteel onderdeel van elk computersysteem, en kwantumcomputersystemen zijn niet anders – als we willen profiteren van de snelheid en veiligheid van kwantumcomputers en een kwantuminternet, dan moeten we uitzoeken hoe om kwantumgegevens te verschuiven

Een van de manieren waarop wetenschappers dit benaderen, is via optisch kwantumgeheugen, of door licht te gebruiken om gegevens op te slaan als kaarten van deeltjestoestanden, en een nieuwe studie rapporteert over wat onderzoekers een mijlpaal in het veld noemen: de succesvolle opslag en overdracht van licht met behulp van kwantumgeheugen.

De onderzoekers waren niet in staat om het licht erg ver over te brengen – slechts 1,2 millimeter of 0,05 inch – maar het hier geschetste proces zou de basis kunnen vormen van de door kwantum aangedreven computers en communicatiesystemen van de toekomst.

Om deze prestatie te bereiken, gebruikten wetenschappers ultrakoude rubidium-87-atomen als opslagmedium voor het licht, wat een hoge mate van efficiëntie en levensduur biedt – iets dat kwantumfysici altijd proberen te maximaliseren.

Het lichtdeeltje zelf wordt effectief in kaart gebracht in staten van excitatie tussen de elektronen van het atoom. Dit vormt een elektron-foton-partnerschap genaamd een polariton, waardoor licht kan worden opgeslagen in het elektronenbrom van een atoom. Een optische transportband werd vervolgens gebruikt om de atomen met hun lading licht van de ene plek naar de andere te verplaatsen.

“We hebben het licht opgeslagen door het als het ware in een koffer te stoppen, alleen dat in ons geval de koffer was gemaakt van een wolk van koude atomen”, zegt natuurkundige Patrick Windpassinger van de Mainz University in Duitsland. “We hebben deze koffer over een korte afstand verplaatst en toen haalden we het licht er weer uit.

Dit is niet alleen voor de natuurkunde in het algemeen erg interessant, maar ook voor kwantumcommunicatie, omdat licht niet zo gemakkelijk te ‘vangen’ is, en als je het op een gecontroleerde manier ergens anders heen wilt transporteren, gaat het meestal verloren. “

De opzet die Windpassinger en zijn collega’s hier hebben bedacht, betekent dat het licht kan worden getransporteerd met zeer weinig impact op de eigenschappen – wat vrijwel essentieel is als u informatie van het ene punt naar het andere wilt verplaatsen.

Dit werk bouwt voort op een vergelijkbare techniek die bekend staat als elektromagnetisch geïnduceerde transparantie of EIT, waarbij atomen kunnen worden gebruikt als opslag om lichtpulsen op te vangen en in kaart te brengen. Omdat het proces omkeerbaar is, kunnen die lichtpulsen in de toekomst weer worden opgevraagd.

Nieuw hier is dat EIT is aangepast om licht te verschuiven over een grotere afstand dan de grootte van het opslagmedium zelf. Licht wordt niet alleen in een koffer gepakt en vervolgens weer uitgetrokken, het wordt ook verplaatst – dat is niet gemakkelijk om te voorkomen dat de temperatuur stijgt of verschuift in de koffer.

Zoals je zou verwachten bij dit soort innovatie, is er nog een lange weg te gaan voordat dit praktisch zal zijn, en de onderzoekers willen nu proberen de opslagcapaciteit van hun systeem en de afstand die het kan afleggen te vergroten.

Een van de onderzoeksgebieden waar de aanpak nuttig zou kunnen zijn, is het ontwikkelen van racetrack-geheugen, een experimenteel type gegevensopslag dat grote upgrades belooft voor de snelheden en prestaties van de apparaten die we vandaag hebben. Het kunnen opslaan en verplaatsen van licht zou voldoende kunnen zijn om enkele van de ontwikkelingsproblemen op te lossen waarmee het racetrack-geheugen tot nu toe is geconfronteerd.

“Door het experimentele protocol in de toekomst uit te breiden, komt een racebaangeheugen voor licht met verschillende lees- en schrijfsecties binnen handbereik”, schrijven de onderzoekers in hun paper.

Het onderzoek is gepubliceerd in Physical review letters

Geef een reactie