Световая ловушка: как удержать неуловимое ⚡ экспресс
Для масштабируемых квантовых сетей и фотонных процессоров необходимы интегрированные фотонные памяти с высокой эффективностью хранения. Существующие интегральные системы ограничены эффективностью ниже 27,8%. Представлены высокоэффективные квантовые памяти на основе кристаллов, активированных редкоземельными ионами Eu3+:Y2SiO5, встроенных в микрорезонаторы с согласованным импедансом. Реализованы две архитектуры: мембраны толщиной 200 мкм с волоконными микрорезонаторами и волноводные резонаторы, изготовленные фемтосекундным лазером. Достигнуты рекордные для интегральных систем эффективности хранения: 80,3(7)% для слабых когерентных импульсов и 69,8(1,6)% для одиночных фотонов, а также одновременное хранение 20 временных мод со средней эффективностью 51,3(2)%. Тонкопленочная архитектура обеспечивает спектральную перестройку посредством контролируемой деформации, что открывает возможности гибкого сопряжения в квантовых сетях. Сочетание высокой эффективности, многомодовости и перестройки создает универсальную аппаратную базу для масштабируемых квантовых повторителей и чип-масштабных фотонных процессоров.
Для квантового интернета свет нужно уметь задерживать — как почтовые отправления в сортировочном центре. В основе — тонкая кристаллическая пластинка с ионами европия (элемент, придающий красное свечение экранам смартфонов). Между двух зеркал кристалл образует ловушку. Свет, мечась внутри, поглощается ионом и через мгновение испускается обратно — точно почтовый ящик, принимающий и возвращающий письма.
Благодаря спектроскопии подобраны идеальные материалы. Эффективность: 80% для лазерных импульсов и почти 70% для одиночных фотонов из оптоволокна. По Стандартной модели свет всегда движется с скоростью света, а здесь он замирает.
Тонкая мембрана позволяет настраивать цвет захватываемого света лёгким нажатием — как ящик, меняющий ширину щели. Это наследие опытов Сержем Арошем и Джеффом Кимблом с одиночными фотонами, которое воплощается в чипах для квантовых повторителей и световых процессоров.
🎯 Кристалл с ионами европия может хранить световой импульс дольше миллисекунды — по квантовым меркам это целая вечность, за которую свет успел бы обогнуть Землю больше семи раз.