Dentro brevemente
- Os cientistas têm lutado para integrar o armazenamento quântico de ondas de spin em dispositivos de estado sólido por causa do ruído dos pulsos de controle, que obscurecem os sinais de fóton único necessários para armazenamento e recuperação confiáveis.
- Pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia da China enfrentaram esse desafio desenvolvendo memória quântica de ondas de spin integrada com técnicas avançadas de redução de ruído, para alcançar o armazenamento necessário de alta fidelidade e de longo prazo.
- Publicada na National Science Review, a pesquisa representa um passo crítico em direção a redes quânticas incontroláveis, permitindo uma memória quântica forte, capaz de fazer a ponte entre emaranhados de curto e longo alcance.
- Imagem: Diagrama esquemático da configuração experimental (esquerda) e memória quântica de guia de ondas sob o microscópio (Science China Press)
Os cientistas têm lutado para armazenar informações quânticas em dispositivos de estado sólido por causa do ruído dos poderosos pulsos de controle, que obscurecem os sinais suaves de imagem única necessários para armazenamento e detecção confiáveis. É improvável que os sistemas de comunicação quântica que fornecem comunicação altamente segura sejam escalados sem resolver este problema.
Agora, pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia da China desenvolveram uma memória quântica integrada de ondas de spin que usa técnicas avançadas de redução de ruído para alcançar o armazenamento quântico de alta fidelidade e longo prazo necessário, de acordo com um comunicado dos pesquisadores. Eles acrescentam que o trabalho pode estabelecer as bases para as tão desejadas redes quânticas.
As descobertas, publicadas na National Science Review, mostram como superar os desafios do armazenamento e recuperação de memória quântica em dispositivos de estado sólido.
De acordo com a pesquisa, a memória quântica é essencial para permitir grandes redes quânticas, combinando emaranhamento de curto alcance com emaranhamento de longo alcance. Os íons de terras raras incorporados em cristais emergiram como principais candidatos ao uso de memórias quânticas de alto desempenho, beneficiando-se dos avanços na microtecnologia e na nanofabricação. No entanto, os sistemas integrados de memória quântica existentes dependem de estados excitados, que limitam os tempos de armazenamento ao tempo de vida do estado excitado e não permitem a recuperação sob demanda.
O armazenamento de ondas de spin, uma técnica que combina fótons em excitações de ondas de spin no estado fundamental, oferece uma solução ao estender os tempos de armazenamento até o tempo de vida da coerência de spin e apoiar a recuperação ajustável. Apesar de sua promessa, a integração do armazenamento de ondas spin em dispositivos de estado sólido provou ser impossível devido ao ruído gerado pelos poderosos pulsos de controle, que excedem os sinais de fóton único, de acordo com o comunicado.
Uma equipe de pesquisadores do USTC, liderada pelos professores Chuan-Feng Li e Zong-Quan Zhou, superou essas barreiras usando uma máquina especialmente desenvolvida e novos métodos de fabricação, segundo o comunicado. A equipe relata que usou escrita direta a laser de femtosegundo para criar um guia de ondas circular em um cristal de ortossilicato de ítrio dopado com európio (Eu:YSO). Essa estrutura cria filtragem de som baseada em polarização dentro do dispositivo. Os pesquisadores também reduziram o ruído usando um conjunto de técnicas, incluindo controle temporal, filtragem espectral e configurações de contrapropagação que permitem que sinais de fóton único se co-propaguem com pulsos de controle, mantendo a integridade do sinal.
Para demonstrar as capacidades do dispositivo, a equipe desenvolveu dois protocolos de armazenamento de ondas de spin: eco de fótons sem ruído modificado (NLPE) e pente de frequência atômica (AFC). Nas mesmas condições, o protocolo NLPE obteve bom desempenho quatro vezes maior que o método AFCgraças à sua capacidade de manter efetivamente a absorção da amostra. A equipe armazenou e recuperou com sucesso qubits de intervalo de tempo codificados com uma entrada de nível único, alcançando 94,9% de confiabilidadeexcede em muito o limite clássico e garante a confiabilidade do dispositivo.
A descoberta é um passo importante em direção ao uso prático de memórias quânticas integradas, particularmente no projeto de multiplicadores quânticos repetíveis e sistemas de memória quântica portáteis de alta potência. Esses desenvolvimentos são essenciais para superar a perda de transmissão de fótons e estabelecer redes de comunicação quântica robustas e de longa distância.
