Американские и европейские физики разработали прототип рентгеновской квантовой ячейки памяти, которая использует ядра атомов "тяжелого" железа-57 для хранения квантовой информации и при этом работает при комнатной температуре, что отличает ее от большинства уже существующих форм квантовой памяти.
Ее создание ускорит разработку компактных повторителей сигналов для квантового интернета, сообщила пресс-служба Техасского университета A&M (TAMU).
"Протоколы хранения и извлечения квантовой информации, применяемые при работе с обычной оптической или атомной квантовой памятью, нельзя напрямую использовать для создания их аналогов на базе ядер атомов и рентгеновских лучей. По этой причине нам пришлось разработать и реализовать новый протокол при помощи набора из одного стационарного и шести движущихся поглотителей рентгеновского излучения", - пояснил научный сотрудник TAMU Чжан Сивэнь, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Как отмечают исследователи, разработка быстрой и стабильной квантовой памяти является одной из ключевых задач для разработчиков глобального "квантового интернета", а также распределенных квантовых компьютеров, состоящих из множества связанных друг с другом вычислительных блоков. Необходимость ее разработки обусловлена тем, что для передачи информации между компонентами квантовых сетей и компьютеров обычно используются фотоны, движение которых почти невозможно остановить, что не позволяет использовать их для долговременного хранения информации.
Для решения этой проблемы ученые создают различные формы квантовой памяти - устройства, способные поглощать фотоны, запоминать их квантовое состояние и затем воспроизводить его при необходимости. Большинство подобных систем работает с видимым светом или другими электромагнитными волнами с относительно большой длиной, что осложняет миниатюризацию ячеек квантовой памяти и контроль над ними.
Исследователи выяснили, что этого можно добиться, если использовать для передачи квантовых данных не оптические, а рентгеновские фотоны, и хранить их состояние внутри ядер атомов железа-57, одного из тяжелых изотопов этого металла. Данный элемент, как показали опыты с пленками из железа-57, хрома и никеля на европейском ускорителе частиц PETRA III в немецком Гамбурге, способен поглощать и сохранять квантовые состояния фотонов с определенными энергиями.
Руководствуясь этой идеей, ученые создали прототип рентгеновской квантовой ячейки памяти, представляющей собой пленку из железа-57, спрятанную внутри многослойной структуры из тонких листов платины и карбида бора. Это устройство способно хранить квантовые состояния на протяжении более 30 наносекунд даже при комнатной температуре, что на порядки выше времени, которое требуется для считывания или записи квантовой информации. Это открывает дорогу для создания компактных и практичных систем хранения квантовой информации, подытожили исследователи.