Швейцарские ученые сохранили квантовый бит на рекордное время

Квантовая физика позволила решить многие технологические задачи в современном мире. Исследования показали, что на ее основе могут быть созданы сверхзащищенные телекоммуникационные сети, сообщает Quantum Information.

Отметим, что квантовая физика позволила ученым описать поведение атомов и частиц, а также определенные свойства электромагнитного излучения. Она включает понятия, не имеющие аналогов в макроскопическом мире. Среди них: суперпозиция (способность частицы находиться в двух местах одновременно) и запутанность (способность частиц мгновенно влиять друг на друга даже на расстоянии).

Квантовые теории гарантируют абсолютную подлинность и конфиденциальность информации (кубита), которая передается частицей света (фотоном) по оптическому волокну. Феномен суперпозиции позволяет отправителю немедленно узнать, не был ли фотон перехвачен.

Но есть одно препятствие: фотоны, несущие кубиты (информацию), через несколько сотен километров теряются, и сигнал исчезает. Скопировать или усилить сигнал нельзя – он потеряет квантовое состояние, гарантирующее конфиденциальность. Поэтому необходимо найти способ повторить его в неизменном виде через ретрансляторы, частично основанные на квантовой памяти.

В 2015 году швейцарским ученым удалось сохранить переносимый фотоном кубит в течение 0,5 миллисекунд. В ходе нового исследования команда Женевского университета установила мировой рекорд, сумев сохранить кубит в кристалле в течение 20 миллисекунд. Это расценили как важный шаг на пути к развитию сетей квантовой связи, охватывающих большие расстояния.

В качестве ретранслятора ученые использовали кристаллы, легированные редкоземельными элементами (в данном случае европием). Они способны поглощать свет, а затем повторно излучать его. Кристаллы хранились при температуре абсолютного нуля (-273,15 градусов Цельсия), чтобы не разрушить запутанность атомов.

Вышеописанные методы позволили отделить ионы редкоземельного вещества от возмущений окружающей среды. В результате производительность хранилища возросла в 40 раз.

Ученые подчеркнули, что в дальнейшем намерены еще больше продлить время хранения – до 100 и более миллисекунд. Кроме того, предстоит разработать запоминающие устройства, способные хранить более одного фотона одновременно. Это позволит получить «запутанные» фотоны, что необходимо для конфиденциальности.

Авторы исследования спрогнозировали, что телекоммуникационная сеть на основе квантовой физики может появиться на рынке через десять лет. Ранее ученым удалось доказать реальность гравитационного замедления времени. Оно применимо даже к микрообъектам, которые подчиняются законам квантовой физики.