تعد الشبكات الكمومية باتصالات آمنة وحوسبة موزعة، لكنها تفتقر إلى ذاكرة يمكن دمجها في الرقاقة وتعمل عند طول موجة الألياف الضوئية. التجمعات الذرية تخزن الفوتونات جيدًا، لكنها تحتل طاولة بصرية كاملة. البدائل في الحالة الصلبة إما لا تعمل في نطاق الاتصالات أو لا تستطيع إرجاع المعلومات عند الطلب. توجد في الأرشيف أعمال قريبة عن المصائد الضوئية والمخازن المؤقتة للإنترنت الكمومي وتبريد الأقراص الميكانيكية، وكلها تسعى إلى إبقاء الحالة الكمومية في جهاز مدمج. هذه المقالة تسير في الاتجاه نفسه، لكنها تراهن على الاهتزازات الميكانيكية لجسر نانوي.
داخل المبرد عند 20 ملي كلفن توجد بلورة سيليكونية بصرية ميكانيكية، حيث يرتبط رنان بصري عند 1538 نانومتر بنمط ميكانيكي بتردد 5314 ميغاهرتز. ليزر مضبوط على الرنين الجانبي الأحمر يخلق نافذة شفافية عبر الشفافية المستحثة بصريًا ميكانيكيًا (OMIT). الفوتونات الإشارية الناتجة عن تعديل الليزر نفسه تدخل هذه النافذة وتتحول إلى فونونات. لتجنب التسخين، يُجعل نبض الكتابة طويلًا وضعيفًا، بينما نبض القراءة قصير. أربعة مرايا فابري-بيرو متتالية تقطع ضوء التحكم، تاركة فقط الفوتونات المفردة للكاشف.
حافظت الذاكرة على نبضة فوتونية لمدة 150 نانوثانية وأعادتها عند الطلب بكفاءة داخلية تبلغ 4.2%. في الوقت نفسه، كان متوسط عدد الفونونات في الرنان أثناء التخزين 0.32، أي أقل من كم واحد. عندما خُفضت قوة نبضة القراءة إلى المستوى الذي ينخفض فيه الإثارة الحرارية إلى 0.17، انخفضت الكفاءة إلى 5×10⁻⁵. يؤكد الباحثون أن الكفاءة المنخفضة تحد فقط من معدل الأحداث، وليس من نقاء الحالة الكمومية، لأن التوافقات تستبعد الضوضاء.
يتميز هذا العمل عن الأعمال المجاورة بأنه يقدم أول عرض لذاكرة ممتصة على رقاقة بصرية ميكانيكية في نطاق الاتصالات وبالقرب من الحد الكمومي. التجارب السابقة مع الأغشية بقيت في النطاق الكلاسيكي، والبروتوكولات الانبعاثية لم تكن مناسبة للمصادر الخارجية للفوتونات. هنا تأتي الإشارة من الخارج، وتُخزن في درجة حرية ميكانيكية، وتُستخرج عند الطلب. هذا يربط فرعين: البصريات الكمومية وعلم النانو الميكانيكي.
الخطوة التالية هي زيادة زمن التخزين باستخدام حواجز صوتية وبلورات بصرية ميكانيكية ثنائية الأبعاد تبدد الحرارة بشكل أفضل. يمكن الدمج مع مصادر الفوتون المفرد والأزواج المتشابكة، حيث ستقوم التوافقات بتصفية الضوضاء والسماح باختبار بروتوكولات توزيع التشابك. تحسين عامل الجودة للرنان ومطابقة نطاقات التمرير سيرفع الكفاءة بمقدار مراتب عدة.
ستفيد النتيجة في المكررات الكمومية والحوسبة الكمومية الموزعة، حيث نحتاج إلى ذاكرة متوافقة مع الألياف الضوئية والرقائق.
تحسين النظام الحراري ومعايير النبضات، وإضافة حاجز صوتي لإطالة زمن التخزين، واختبار العمل مع مصدر فوتون مفرد.
بالنسبة للذاكرة الكمومية، يبقى التناقض بين الكفاءة والضوضاء الحرارية دون حل: ضوء التحكم القوي يسخن الرنان، بينما الضعيف يقلل احتمالية الكتابة. يظهر هذا العمل أنه يمكن إبقاء إشغال الفونونات أقل من واحد، لكن مع دفع ثمن الكفاءة. يتطلب التقدم الإضافي مواد ذات موصلية حرارية أفضل ومخططات لضغط النطاق.
تردد الاهتزازات الميكانيكية للرنان، 5314 ميغاهرتز، أعلى بمئة ألف مرة من تردد شوكة رنانة. عند 20 ملي كلفن، لا يحتوي هذا المذبذب في المتوسط على أي فونون حراري.
في مسلسل «الفضاء» (The Expanse)، يُستخدم التشابك الكمومي للاتصال الفوري عبر النظام الشمسي. تتطلب مثل هذه الشبكات ذاكرة تخزن الفوتون حتى يأتي تأكيد وصول النصف الآخر من الزوج.