Ilustrace kvantové paměti. Kredit: University of Basel, Department of Physics/Scixel.

V dnešní době je obtížné představit si život bez komunikačních sítí, jako jsou mobilní sítě nebo internet. V dohledné budoucnosti by tyto technologie mohly spoléhat na kvantová zařízení s vysoce bezpečnou kvantovou kryptografií. Aby ale něco takového bylo možné, bude nejprve nutné vytvořit základní prvky pro kvantové technologie, z nichž pak bude možné sestavovat kvantová zařízení.

Philipp Treutlein. Kredit: Universität Basel.

Kvantové komunikační sítě, stejně jako jejich klasické protějšky, budou potřebovat paměťové prvky, v nichž bude možné dočasně uskladnit informaci a dál s ní pracovat. Výzkumný tým, který vedl Philipp Treutlein ze švýcarské Universität Basel, vyvinul právě takový kvantový paměťový prvek, který je vhodný pro sériovou výrobu.

Pro přenos kvantové informace jsou obzvláště vhodně optické prvky, v nichž samotnou informaci přenášejí fotony. Lze je odeslat optickým kabelem, mimo jiné do kvantové paměti. V takové paměti je možné uložit kvantově mechanický stav dotyčných fotonů a v případě potřeby ho zase konvertovat zpět na fotony.

Logo. Kredit: Universität Basel.

Treutlein s kolegy miniaturizovali vlastní dříve vyvinutou technologii optické kvantové paměti, která je založená na oblaku atomů rubidia ve skleněné komoře. Původně ručně vyrobenou několikacentimetrovou komoru zmenšili na pár milimetrů s využitím výrobních postupů pro atomové hodiny.

Aby získali potřebné množství atomů rubidia pro uložení kvantové informace v jednotlivých komorách, zahřáli komory na 100 °C. Zároveň tyto komory vystavili působení magnetického pole o indukci 1 tesla. Takto připravený paměťový prvek dokázal uskladnit fotony na dobu kolem 100 nanosekund. Volně letící foton by za tu dobu urazil asi 30 metrů.

Podle Treutleina bude v budoucnu možné umístit asi 1 000 takových paměťových prvků na jeden polovodičový wafer. Každý takový prvek by přitom měl uskladnit jeden foton. Vývoj technologie pokračuje, bude ještě například nutné optimalizovat skleněné komory, aby uskladnily fotony na co nejdelší dobu a přitom uchovaly jejich kvantové stavy.

Video: Dr P. Treutlein "Light-mediated strong coupling between a mechanical oscillator and atomic spins"

Literatura

Universität Basel 17. 1. 2024.

Physical Review Letters 131: 260801.