Przechowywanie i wysyłanie wiadomości z wykorzystaniem zjawiska splątania kwantowego jest obecnie jednym z najbardziej gorących tematów wśród wielu badaczy. Wszyscy oni zastanawiają się, jak teoretyczne modele kwantowej komunikacji zastosować w realnym świecie. Problemem jest bowiem przede wszystkim czas życia formy kwantowej pamięci. Niemniej, niektórzy naukowcy wydają się bliscy celu.
Naukowcy z Politechniki stanu Georgia, Uniwersytetu Maryland oraz Uniwersytetu w Insubrii (Włochy) wykonali doświadczenie, w którym zapis w ich formie kwantowej pamięci przetrwał aż 6 milisekund. To wynik imponujący, ponieważ osiągnięty czas jest aż sto razy dłuższy niż jakikolwiek wcześniejszy pomiar. Doświadczenie opisali miesiąc temu na łamach Nature Physics.
“Choć mamy jeszcze do rozwiązania kilkanaście kłopotów technicznych, to nasza próba jest znaczącym krokiem na drodze do zbudowania sieci kwantowej oraz dystrybuowania kwantowych stanów splątanych na dalekie odległości” – powiedział Stewart Jenkins, jeden z autorów publikacji.
Układy kwantowej pamięci są bardzo wrażliwe na warunki zewnętrzne, które ograniczają czas przechowywania w nich danych. Żeby teleportować kwantową informację na odległy dystans, czas życia takiej pamięci musi odpowiednio długi. Przesłanie informacji na odległość 1000 km wymaga utrzymania jej przynajmniej przez 5 ms. Zbliżamy się ewidentnie do momentu realizacji tego modelu, ponieważ 6 ms, które udało się osiągnąć, pozwoli na przekroczenie tej bariery.
Bombardowanie atomu
Grupa wykorzystała do tego celu atomy rubidu oraz zjawisko “zmiany zegarowej” polegające na przejściach elektronów pomiędzy różnymi poziomami energetycznymi. To przeskakiwanie elektronów rubidu wykorzystuje się między innymi w zegarach atomowych, gdzie interwał czasowy jest wyznaczany na podstawie częstotliwości fal emitowanych podczas przechodzenia z jednego poziomu na drugi.
W procesie tym elektron wędruje pomiędzy trzema głównymi poziomami energetycznymi atomu: a, b oraz c, gdzie a jest najniższym, a c najwyższym poziomem. Zaznaczmy przy tym, że różnica pomiędzy dwoma pierwszymi poziomami jest bardzo mała i reprezentuje niską aktywność atomu.
Jenkins wraz ze współpracownikami odseparowali około 1 miliona atomów rubidu i poddali je działaniu wiązki laserowej, która powodowała przechodzenie elektronów z poziomu energetycznego b na poziom c. W modelu przyjęto, że jedno takie przejście będzie reprezentowało porcję informacji, oznaczaną standardowo jako 0 lub 1. Elektrony szybko jednak przechodzą z powrotem na niższe poziomy – zazwyczaj jest to poziom a, ponieważ utrata energii wiąże się z emitowaniem światła (zjawisko to znane jest jako promieniowanie Ramana) .
Finalnie grupa zastosowała laser “odczytujący”, który pobudzał ponowne przechodzenie z poziomu a do c. Elektrony tracące później energię i przechodzące na poziom b emitowały kolejne promieniowanie – słabsze od Ramanowskiego. To promieniowanie było doświadczane i interpretowane, dając jednocześnie badaczom dość czasu, by odczytać informację, która wcześniej była zawarta w układzie.
