Иттербий:революция в квантовых сетях на больших расстояниях

• Материалы на основе иттербия могут усиливать квантовые сигналы и рассеивать их на большие расстояния.
• Материал может сохранять фотоны (переносящие квантовые данные) от внешних возмущений, чтобы их можно было синхронизировать.

Квантовая криптография — это попытка предоставить пользователям возможность общаться с помощью более безопасных методов, чем те, которые гарантируются традиционной криптографией. В настоящее время он использует оптоволокно на расстояние в сотни миль и позволяет выполнять многочисленные криптографические задачи, которые оказались невозможными с использованием традиционной системы связи.

Скопировать сигнал, закодированный в квантовом состоянии, невозможно:если кто-то попытается прочитать закодированные данные, он меняет состояние (исчезает). Однако тот же факт не позволяет исследователям усиливать сигнал и распространять его на большие расстояния. Основная задача — создать память, способную хранить квантовые данные, переносимые светом.

Теперь исследователи из Женевского университета (Швейцария) нашли элемент, который может хранить хрупкие квантовые данные, не искажая их на высоких частотах.

В поисках подходящего материала для квантовой памяти

Ученые всего мира работают над созданием квантовой памяти, которая сможет повторять квантовые сигналы, удерживая и синхронизируя фотоны, чтобы они могли распространяться на большие расстояния.

Чтобы построить такую квантовую память, нам нужно найти подходящий материал, способный сохранять фотоны (переносящие квантовые данные) в течение нескольких секунд от внешних возмущений, чтобы их можно было синхронизировать.

Поскольку фотоны преодолевают 186 282 мили в секунду, исследователям пришлось найти материал, который хорошо изолирован от внешних воздействий и может эффективно работать на высоких частотах — две особенности, которые трудно найти в одном материале.

У нас уже есть несколько прототипов на основе редких материалов, таких как празеодим или европий, но они не очень эффективны. Поэтому исследователи обратили свой интерес к элементу, который до сих пор интенсивно не изучался:иттербию.

Ссылка:Природные материалы | doi:10.1038/s41563-018-0138-x | Женевский университет

Чем полезен иттербий?

Они обнаружили, что иттербий может изолировать атомы от их окружения, которые имеют тенденцию искажать сигнал, что делает его идеальным кандидатом в качестве квантовых повторителей.

Команда обнаружила «магическую точку», изменив направление и амплитуду магнитного поля. Именно в этот момент время когерентности атомов иттербия увеличивается в 1000 раз при работе на высоких частотах.

Кристалл иттербия охлажден до 270,15 градусов Цельсия

Они показали, что можно одновременно увеличить время как спиновой, так и оптической когерентности, уменьшив градиенты перехода за счет чрезвычайно низких магнитных полей смещения или используя индуцированные часовые переходы при нулевом поле. Оно применимо к любой электронной спиновой системе, имеющей сверхтонкие взаимодействия и анизотропную зеемановскую систему.

В настоящее время исследователи разрабатывают квантовую память на основе иттербия, которая может способствовать быстрому переходу от одного ретранслятора к другому, удерживая состояние фотона в течение секунды или около того, чтобы обеспечить синхронизацию.

Читайте:Первое моделирование атомного ядра на квантовом компьютере

Материал обладает множеством уникальных свойств, таких как оптически разрешенные оптико-сверхтонкие переходы, простое сверхтонкое многообразие и длительное время когерентности, что делает его идеальным кандидатом для приложений квантовых данных. Более того, его можно использовать для приложений в квантовой памяти и связи со сверхпроводящими кубитами в микроволновом режиме.