Атомный газ обменялся с кристаллом квантовыми состояниями

Атомный газ обменялся с кристаллом квантовыми состояниями

Испанские ученые впервые передали с помощью фотонов квантовые состояния между облаком холодных атомов рубидия-87 и кристаллом Pr3+:Y2SiO5. Статья опубликована в Nature.

Чтобы построить квантовую сеть, необходимо не только сохранять квантовые состояния в течение долгого времени, но и передавать их между узлами сети. Удобнее всего использовать для этого фотоны, поскольку их легко передать на большие расстояния. К тому же для этого можно использовать широко распространенные оптоволоконные сети. На данный момент ученым уже удалось передать состояния между атомными ансамблями, одиночными атомами, пойманными в ловушку, или квантовыми кристаллами.

Каждый из способов, использованных для сохранения квантовых состояний в этих экспериментах, имеет свои достоинства и недостатки. В то же время, в сложной квантовой системе хотелось бы использовать преимущества различных подходов. Ученые уже пытались построить гибридную сеть, например, связывая холодные облака ионов 9Be+ и 25Mg+. Однако во всех предыдущих экспериментах квантовые состояния передавались с помощью электрического взаимодействия или микроволновых фотонов, и расстояние передачи было сильно ограниченно. На этот раз физики связали квантовые системы принципиально различной природы с помощью фотонов, частота которых лежит в телекоммуникационном диапазоне (то есть наиболее удобна для оптоволоконной связи).

Экспериментальная установка разделялась на две части, соединенных десятиметровым оптическим кабелем. В одной ее части ученые удерживали в магнитооптической ловушке облако холодных ионов 87Rb. Время от времени исследователи светили на это облако лазером, и в результате в нем возникали спиновые волны, отвечающие некоторому долгоживущему квантовому состоянию. Спустя некоторое время облако излучало скоррелированные одиночные фотоны. Эти фотоны физики разделяли на два потока, один из которых регистрировали с помощью детектора D1, а другой направляли в специальное устройство (quantum frequency conversion device), которое изменяло длину волны частиц с 780 до 1552 нанометров. Затем фотоны направлялись в оптоволоконный кабель и попадали в другую часть установки, расположенную в соседней лаборатории.

Здесь фотоны снова меняли длину волны с 1552 до 606 нанометров и направлялись на кристалл ортосиликата иттрия Y2SiO5, легированный ионами  Pr3+ и охлажденный до температуры 3,5 Кельвинов. Для записи и хранения состояний в кристалле ученые использовали атомную частотную гребенку. Этот принцип использует световые волны, спектр которых имеет ярко выраженные линии поглощения, отстоящие друг от друга на равное расстояние (поэтому спектр напоминает гребенку, расческу). В данном случае ширина гребенки составила 400 мегагерц, а расстояние между зубьями – 400 килогерц (что отвечает линиям поглощения Pr3+). В результате фотоны сохранялись в такой системе в течение 2,5 микросекунд, а затем заново излучались. Наконец, полученные фотоны физики регистрировали с помощью детектора D2. 

Затем ученые проверили, связаны или нет фотоны, пойманные детекторами D1 и D2. Для этого они рассчитали функцию их взаимной корреляции для различных вероятностей возбуждения фотонов. Оказалось, что при вероятности около пяти процентов скоррелированность фотонов составила примерно gw,r(2) = 11,4 ± 2,4, что указывало на сохранение квантового состояния при передаче. При увеличении вероятности скоррелированность быстро падала до классического предела gw,r(2) = 2. Так или иначе, этот эксперимент показал, что квантовые состояния между кубитами разной природы передать можно.

Ранее физики уже получали запутанные фотоны с длинами волн, лежащими в телекоммуникационном диапазоне, лучше всего подходящим для передачи по существующим каналам связи. Также мы писали о том, как физики из Российского Квантового Центра построили и улучшили сеть для квантовых коммуникаций, работающую в городских условиях.

Дмитрий Трунин

N+1

Похожие новости:
Физики создали новую теорию времени
Физики предположили, что минимально возможный в физической Вселенной масштаб времени на несколько порядков больше планковского времени. Более того, существование такого масштаба меняет фундаментальные уравнения квантовой механики, а вместе с этим — и представления о природе времени. Авторы настаивают ..
2016-02-04 3628 0 Научные открытия
1
НАСА разглядит гравитационные волны
Команда исследователей из Центра космических полётов Годдарда, Стенфордского университета и компании AOSense недавно выиграла финансирование по программе НАСА Innovative Advanced Concepts (NIAC) на развитие технологий, связанных с атомной оптикой, или атомной интерферометрией. Некоторые полагают, что такие технологии ..
2012-10-23 1545 1 Научные открытия
0
Физики докажут возможность вечного движения
«Кристаллы времени» способны перевернуть теоретическую физику. В начале 2012 года нобелевский лауреат (2004), физик Франк Вилчек, осмелился выйти на публику с весьма странным предположением. Вилчек разработал и развил доказательство существования «кристаллов времени» — физических ..
2013-05-8 1714 0 Научные открытия
0
Физики вплотную приблизились к стандартному квантовому пределу
Ученым из Калифорнии в своих измерениях удалось наиболее близко приблизиться к значению стандартного квантового предела. Свое исследование авторы опубликовали в журнале Science, кратко с ним можно ознакомиться на сайте Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли. Физикам впервые удалось добиться ..
2014-06-28 1725 0 Научные открытия
0
Физики запутали частицы из настоящего и прошлого
Физики из Еврейского университета в Иерусалиме получили квантово запутанную пару из двух фотонов. При этом одного из фотонов к моменту запутывания уже не существовало. Краткое описание опыта приводит Science Now, а статья ученых появилась в журнале Physical Review Letters. Препринт ..
2013-05-24 1757 0 Научные открытия
0
Лампочка Накамуры
Нобелевскую премию по физике присудили за создание дешевых синих светодиодов.Шведская королевская академия наук 7 октября 2014 года назвала новых лауреатов Нобелевской премии по физике. 10 декабря на праздничной церемонии в Стокгольме будут чествовать Исаму Акасаки (Isamu Akasaki), ..
2014-10-08 1625 0 Научные открытия
0
Атомные массы некоторых элементов будут переписаны
...Причём случится это, судя по всему, уже в августе 2013-го. Наследие русской химической науки XIX века только что получило небольшой апдейт: пять элементов в сердце периодической таблицы Менделеева оказались не совсем такими, какими мы их представляли. «Ваш учитель химии, возможно, ..
2013-05-25 1843 0 Научные открытия
0
Физики разгадали многолетнюю загадку о поведении электронов
В 1979 году американский физик Дуглас Хофштадтер (Douglas Hofstadter) написал статью об энергетических уровнях электронов в магнитном поле. В рамках своего исследования он также рассказал о некой теоретической фрактальной структуре, напоминающей по форме бабочку. Фактически, это график, описывающий колебания ..
2013-09-13 1839 0 Научные открытия
0
Русские изобрели все, но не смогли запатентовать
Пока есть цифра, что российским изобретателям принадлежит треть всех изобретений на планете Земля. Хотя, как показывает наше исследование, вообще все идеи теоретически проработаны «русским гением», но по каким-то непонятным причинам многие из них присвоены изобретателям других стран.АвтомобильВ 1751 ..
2012-02-9 2149 0 Научные открытия
0
Ученые доказали возможность путешествия во времени
Многие из нас зачитывались в детстве Гербертом Уэллсом, а именно его самым известным произведением "Машина времени". Сейчас, когда мы повзрослели, путешествие во времени уже кажется нереальным и невозможным, но так ли это? Если верить физике, то путешествие во времени не опровергаются теорией относительности Энштейна. Следуя из теории, время ..
2011-10-15 5274 6 Научные открытия
1
Ученые доказали, что радиация даже в малых дозах – вредна
В последнее время нас все больше убеждают в том, что радиационный фон существующий на нашей планете – безвреден, но так это? За последние годы радиационный фон сильно вырос и продолжает расти, пик роста составил в середине 20го века, когда велось активное испытание радиационного оружия. ..
2011-10-15 2144 0 Научные открытия
0
Ученые опровергли миф о "пивном животе"
Ученый из Японии Хироцугу Уесима доказал, что потребление пива никак не влияет на появление у мужчин среднего возраста так называемого "пивного живота".Результаты работы были представлены на научной конференции по наркотической и алкогольной зависимости в Нагое.В течение четырех лет (с 2005 по 2008 год) ..
2011-10-15 1923 0 Научные открытия
0
С помощью компьютерной мыши научились управлять живой
Этот эксперимент может помочь тем, кто болен эпилепсией или перенёс инсульт. На белой крысе по имени Эксперимент-47 моделируется ситуация: мозжечок разрушен болезнью, двигательные функции нарушены. Крысе вживляют электрод, который будет передавать импульсы мозга на микрочип. ..
2011-10-15 2167 0 Научные открытия
0
Найден ген, который отличает нас от приматов
За последние 3 миллиона лет, ген SRGAP2, который содержится исключительно в геноме человека был продублирован несколько раз. Данное наблюдение сделала ведущий ученый из Университета Вашингтонав городе Сиэттл, Меган Дэннис. Ученая вместе со своими коллегами смогла доказать, что увеличения количества ..
2011-10-16 2031 0 Научные открытия
0
Ученые узнали, где гнездится жадность и алчность
Вещественное доказательство теории Зигмунда Фрейда о борьбе между бессознательными импульсами и моральными установками внутри личности предоставили на прошлой неделе ученые из университетов Цюриха и Базеля. Их исследование о личной выгоде индивидуума, точнее - тенденции к алчности, и ее взаимодействия с понятиями о справедливости, ..
2011-10-16 3213 0 Научные открытия
0