Квантовые системы
Чип из Иллинойса хранит 20 фотонов дольше микросекунды
Публикация:
Лаборатория Goldschmidt в UIUC показала нанофотонный чип памяти, который держит до 20 фотонов одновременно до 1.2 микросекунды на телеком-длинах волн. Чип сделан из легированного эрбием тонкопленочного ниобата лития - материала, который коммерческие фабрики уже выпускают в масштабе пластин.
Команда физика Элизабет Голдшмидт из инженерного колледжа Грейнджера (UIUC) описала в Nano Letters интегрированный нанофотонный чип из тонкопленочного ниобата лития, легированного эрбием. Устройство хранило до 20 отдельных фотонов одновременно, время хранения достигало 1.2 микросекунды, а нижняя граница фиделити составила 96.6%. Технические детали также выложены в препринте на arXiv.
Память работает методом атомной частотной гребенки (AFC) в сочетании со спектральным выжиганием дыр. Лазер вырезает в ансамбле эрбия гребенчатый рисунок поглощения, и коллективное состояние атомов хранит квантовое состояние фотона. Проверка на time-bin кубитах - парах импульсов с разделением 50 нс - дала видимость интерференции 96.6 ± 1.9%, а добавленный шум остался ниже 0.2 фотона на восстановленный фотон. Волновод длиной около 0.6 мм работал при 30 милликельвинах в магнитном поле 1.5 тесла.
Главное - материал. Тонкопленочный ниобат лития десятилетиями используется в классической волоконной телекоммуникации, его уже выпускают коммерческие фабрики в масштабе пластин. Эрбий работает на телеком-длинах волн, поэтому перестраивать частоту под существующее оптоволокно не нужно. Полоса приема 2.2 ГГц позволила хранить 20 временных мод сразу - такое мультиплексирование напрямую поднимает пропускную способность квантовой сети.
Ограничения команда называет прямо. Эффективность извлечения 2.9% при задержке 300 нс падает до 0.7% на микросекунде. Для реальных сетей нужны десятки процентов и миллисекундные времена хранения. Пока это подсистема памяти, а не готовый квантовый повторитель.