Vizualizace nového čipu. Kredit: Ella Maru Studio / Caltech.

Výzkumný tým Caltechu vyvinul počítačový čip, na němž lze uchovávat kvantovou informaci v podobě světla. Jde o další významný průlom na cestě ke kvantovým počítačům a sítím, které by měly umožnit rychlejší zpracování a přenos informace, a ještě ke všemu na menších zařízeních.

V klasické počítačové paměti jsou jednotlivé bity informace ukládány v podobě 0 nebo 1. Kvantové počítače, které jsou stále ještě ve fázi nadšeného experimentování, používají namísto bitů takzvané qubity. Rozdíl je v tom, že qubity nemusejí být buď 0, nebo 1, ale mohou být vlastně zároveň 0 a 1. Optická kvantová zařízení, jako je nový čip z Caltechu, mohou pracovat s informací v podobě fotonů, čili kvant elektromagnetického záření. Fotony nenesou žádný náboj a nemají ani hmotnost, což je pro čip v řadě ohledů výhodné.

Tian Zhong. Kredit: Caltech.

Podle vedoucího výzkumu Tiana Zhonga by tato technologie mohla vést k extrémní miniaturizaci kvantových paměťových zařízení a také by mohla podstatně vylepšit ovládání interakcí mezi jednotlivými atomy a fotony.

Čip z Caltechu je tvořen souborem paměťových modulů, jejichž rozměry činí přibližně 15 mikronů krát 0,7 mikronu. Svou velikostí přibližně odpovídají průměru lidské červené krvinky. Tyto paměťové moduly obsahují optické rezonátory, které jsou vytvořeny z krystalů dopovaných ionty neodymu, jejichž design jim umožňuje polapit a udržet foton. Zhong a spol. zmrazili moduly optické kvantové paměti na mínus 272,7 °C, tedy jen něco málo nad absolutní nulu, a pak do každého z paměťových modulů laserovým paprskem odeslali vždy po jednom fotonu.

Caltech.

Takto vytvořené optické rezonátory udržely fotony 75 nanosekund, a pak je opět uvolnily. Vědci následně prověřili, zda tyto fotony nesou stále stejnou informaci. Úroveň chyb v procesu byla asi 3 procenta. Aby se podobné čipy s optickou kvantovou pamětí staly praktickou součástí kvantových sítí, jimiž budou proudit data na vzdálenost stovek kilometrů, tak čip musí udržet data po dobu nejméně jedné milisekundy. Přesně to je teď cílem Zhanga a jeho kolegů. Také se budou snažit čip s optickou kvantovou pamětí zabudovat do elektronických obvodů.

Zhangův spolupracovník z Caltechu Andrei Faraon se domnívá, že by se takový čip s optickou kvantovou pamětí mohl stát stěžejní komponentou pro vývoj a stavbu optických kvantových sítí, v nichž bude přenášena kvantová informace.

Video: UWEE Research Colloquium: Andrei Faraon, Caltech

Literatura

Caltech 11. 9. 2017, Science online 31. 8. 2017.