Лазерный чип может стать ключом к созданию масштабируемой квантовой памяти

Квантовая память является важной составляющей для создания квантовых сетей, совместимых с оптоволоконными линиями связи. Они нужны для качественной связи, быстрой передачи данных, а также для эффективных вычислений и много чего еще. Инженерам и IT-специалистам пока не удалось воссоздать такую сеть в больших размерах.

Однако недавно, в статье Science Advances, группа исследователей под руководством Сюэин Чжан описала , как обеспечить многомодовое хранение одиночного фотона на чипе, написанном лазером. Разработка позволит значительно увеличить скорость передачи информации по сравнению с одномодовым хранением (одномодовыми квантовыми каналами связи).

Устройство хранения на основе ниобата лития, легированного ионами эрбия, интегрировано с оптоволоконными компонентами телеком диапазона. Это открывает путь для создания квантовых сетей на базе интегральных фотонных схем.

Чжан и коллеги спроектировали волновод, напрямую связанный с одномодовым волокном. Для совместимости с оптоволоконной связью использовали оптические коллиматоры. На чипе реализовали систему квантовой памяти на основе атомно-частотного гребня шириной 4 ГГц.

В экспериментах по многомодовому хранению генерировали связанные пары фотонов в волноводе ниобата лития. Для одномодового хранения использовали одиночный лазерный импульс.

Для создания атомно-частотного гребня ионы эрбия внедряли в периодическую структуру с интервалом зубьев 5 МГц.

Таким образом удалось продемонстрировать новый способ хранения неклассического света с большой временной полосой пропускания. Ученые создали квантовую память на чипе со временем хранения целых 200 наносекунд.

Результаты эксперимента помогут усовершенствовать высокоскоростные квантовые сети. При этом понадобятся улучшения для создания полноценного устройства, в частности интеграция источников фотонов с памятью.