95% эффективности и 99% точности. Физики преодолели «проклятие» квантовой памяти и приблизились к идеальному устройству для квантовых сетей

За последние десятилетия квантовые физики и инженеры создали множество технологий, основанных на принципах квантовой механики. На этом фоне квантовые памяти рассматриваются как перспективный инструмент для хранения и извлечения квантовой информации, закодированной в свете или других носителях.

Для применения на практике такие устройства должны обеспечивать высокую эффективность и высокую точность, то есть возвращать свыше 90% входной квантовой информации и воспроизводить состояние, максимально совпадающее с исходным. Однако большинство подходов, предложенных ранее, порождали случайные флуктуации, которые снижали точность восстановления данных.

Команда под руководством профессора Вэйпина Чжана из Шанхайского университета Цзяотун и профессора Лицин Чена из Восточно-Китайского педагогического университета представила новый метод управления взаимодействием атомов и света во время хранения данных. В работе, опубликованной в Physical Review Letter, исследователи показали Raman-память с эффективностью 94,6%, минимальным уровнем шумов и точностью хранения 98,91%.

По словам Чжана, такая почти идеальная память необходима для квантовой обработки информации. Достижение подобных параметров долгое время оставалось сложной задачей, а новая работа была направлена как на объяснение фундаментальной физики процессов, так и на создание практического метода, позволяющего приблизиться к «идеальной» памяти.

Созданная система использует далёкий от резонанса Raman-режим взаимодействия атомов и света, обеспечивающий широкую полосу пропускания и более быстрое хранение оптических сигналов по сравнению с другими схемами. В работе описан точный и устойчивый метод адаптивного управления памятью, основанный на принципе пространственно-временного отображения, математически соответствующего преобразованию Ханкеля.

Исследователи утверждают, что впервые выявили физический механизм этого отображения и создали метод, позволяющий приблизиться к предельным характеристикам квантовой памяти.

Пока новый математический подход был применён к Raman-памяти на тёплом паре рубидия-87 (⁸⁷Rb). Он позволил преодолеть ограничение «эффективность против точности», которое ранее не давало приблизиться к идеальному устройству. Учёные ожидают, что их результат станет основой для дальнейшего развития квантовых технологий: от связи на больших дистанциях до распределённых систем квантового сенсинга.

В дальнейших планах команды — изучение новых физических принципов и интеграция созданной памяти в квантовые повторители, необходимые для устойчивой квантовой сети и архитектур устойчивых к ошибкам квантовых вычислений.