Физики разработали транслятор квантовой информации — своего рода квантовый модем. Он преобразует микроволновые кубиты, типичные для квантовых компьютеров, в легко передаваемые оптические фотоны. В основе этого квантового транслятора лежат ультрахолодные атомы рубидия, которые действуют как преобразователи фотонов, поддерживая квантовую запутанность. Это открывает новые возможности для удаленного подключения квантовых компьютеров, сообщает команда Айшварии Кумар из Чикагского университета в Nature.
Предыдущие «трансляторы» в виде наноструктурированных кристаллов или резонаторов имели низкий КПД и ограниченную полосу пропускания. Кумар и ее команда разработали новый тип квантового модема. Он состоит из камеры на стыке трех волноводов, просверленных в блоке из сверхпроводящего ниобия. С помощью лазерной ловушки ультрахолодные атомы рубидия по одному из этих коридоров выводятся в центр квантового преобразователя и фиксируются там. Эти атомы имеют энергетические промежутки между различными возбужденными состояниями, которые в точности соответствуют энергии микроволновых фотонов, с одной стороны, и оптических фотонов, с другой.
Второй волновод в ниобиевом блоке выполняет роль оптического резонатора: на обоих его концах установлены полупрозрачные зеркала, которые отражают микроволны миллиметрового диапазона и оптические фотоны, усиливая их взаимодействие с атомами рубидия. Оптические фотоны, загруженные квантовой информацией, снова выходят через этот волновод. Миллиметровая волна излучается через третий канал, для которого камера выступает в роли резонатора – возникают резонансные эффекты.
По словам исследователей, их квантовый транслятор создает новый способ эффективного преобразования сигналов от кубитов квантового компьютера в передаваемые оптические квантовые сигналы, поэтому эта технология подходит в качестве интерфейса между стационарными квантовыми компьютерами и квантовой связью и, таким образом, может стать важным элементом будущего квантового интернета:
Наши результаты в конечном итоге открывают совершенно новую область квантовых исследований с гибридными миллиметровыми волнами и оптическими фотонами.
