Bir Rydberg Superatom’da müjdeli foton depolamayı gerçekleştirmek için bir yaklaşım

Kuantum mekanik efektlerden yararlanan sistemler olan kuantum teknolojileri, bazı belirli görevlerde klasik teknolojilerden daha iyi performans gösterme potansiyeline sahiptir. Son on yıllarda, bazı araştırmacılar, çoklu bağlı kuantum cihazlardan oluşan sistemler olan kuantum ağlarını gerçekleştirmeye çalışıyorlar.

Şimdiye kadar, fotonlar kuantum ağlarında farklı cihazlarda kuantum bilgilerini taşımak için en yaygın kullanılan parçacıklar olmuştur. Bunun temel nedenleri, fotonların olağanüstü hızlarda seyahat edebilmeleri, çevreleyen ortamlarıyla zayıf bir şekilde etkileşime girebilmesidir, bu da taşıdıkları kuantum durumlarını korumaya yardımcı olur.

Bununla birlikte, fotonları kuantum ağlarında başarılı bir şekilde kullanmak için, fizikçiler ve mühendislerin bunları yok etmeden başarılı bir şekilde saklandıklarını doğrulamaları gerekir.

Hanedilen depolama, depolamalarının başarılı olduğunu doğrulayan bir sinyalin (yani ‘Herald’) üretilmesi ile birlikte fotonların depolanmasını gerektirdiği için bunu başarmak için umut verici bir tekniktir.

Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’ndeki araştırmacılar yakın zamanda bir Rydberg süperatomunda fotonların müjdeli depolanmasını gösterdi (yani, belirli koşullar altında bireysel bir kuantum sistemi olarak davranan bir atom bulutu).

Yeni önerilen deneysel yöntemleri kullanarak, yayınlanan bir makalede belirtilen Fiziksel İnceleme Mektuplarıönceki çalışmalarda yapıldığı gibi, geleneksel yüksek sesli optik boşluklara güvenmeden fotonların müjdeli depolanmasını başarıyla gösterebildiler.

The Paper’ın eş-yazarı Xiao-Hui Bao, “Bu çalışmadan önce, bir Rydberg süperatomunda foton tazminatı olarak adlandırdığımız bir teknik sunduk, bu da bir Rydberg süperatomunda, eskiden atom-foton dolaşımının ve çokhon dolaşımının üretilmesini göstermek için kullandığımız bir teknik sunduk.” Dedi.

“Sonraki tartışmalarda, bu tekniğin yeni potansiyel uygulamalarını araştırdık ve müjdeli depolama fikrine yol açtık.”

Bao ve meslektaşları yıllardır büyük ölçekli kuantum ağlarının gerçekleştirilmesi için daha umut verici teknikler ve deneysel platformlar belirlemeye çalışıyorlar. Son çalışmaları, fotonların daha önceki deneylerinde sık sık kullandıkları kuantum sistemlerinde fotonların müjdelemesini gerçekleştirmeyi amaçlamıştır.

Bao, “Hanedmiş depolamayı göstermek için ilk teklifimizde, iki Rydberg süperatom kurulumu kullanmayı planladık, giriş fotonik kubbit, mekansal serbestlik derecesinde kodlanmış.”

Diyerek şöyle devam etti: “Bu plan basit görünse de, uygulaması kapsamlı deneysel kaynaklar talep etti ve önemli karmaşıklık getirdi.”

Bao ve meslektaşları, iki Rydberg süperatomu kullanarak müjdeli depolama göstermenin başlangıçta beklediklerinden daha zor olduğunu buldular, böylece yeni ve daha basit bir yaklaşım geliştirdiler.

Kullandıkları şema tek bir süperatoma dayanır ve bireysel kubitlerin zaman ayırma derecesinde (yani, bir fotonun ya da kutuplaşmasının aksine geldiği zamanda) kodlanmasını gerektirir.

Bao, “Müjde edilen depolama geleneksel olarak boşluk Qed sistemlerine özgü bir yetenek olarak kabul edildi.” Dedi. “Bununla birlikte, şemamız ve deneysel sonuçlarımız bir Rydberg süperatomunun bu görevi de etkili bir şekilde yerine getirebileceğini göstermektedir.”

Bu çalışma, fotonların müjdeli depolanması yoluyla iki uzaktan süperatom arasında dolaşmayı gerçekleştirmek için yeni bir umut verici ve uygulanabilir şema sunmaktadır. Gelecekte, önerilen yöntemleri kuantum ağlarının ilerlemesine ve yükselişine katkıda bulunabilir.

Bao, “Bir uygulama olarak, mevcut deneyimiz, müjdeci depolama yoluyla iki düğümlü dolaşmanın üretildiğini ve ara düğüm ihtiyacını ortadan kaldırdığını gösteriyor.” “Yakın gelecekte, bu tekniği metropol ölçekli bir kuantum ağına dahil etmeyi planlıyoruz.”