Для квантового интернета необходимо научиться задерживать свет — подобно тому, как почтовые отправления сортируются в промежуточных узлах. В основе технологии лежит тонкая кристаллическая пластинка, легированная ионами европия — редкоземельного элемента, который, к слову, отвечает за красное свечение экранов смартфонов. Кристалл помещён между двух зеркал, формируя оптический резонатор — ловушку для фотонов. Свет, многократно отражаясь внутри, поглощается ионом европия и спустя короткое время переизлучается обратно. Эта аналогия с почтовым ящиком, принимающим и возвращающим письма, упрощает суть процесса: на деле речь идёт о контролируемом взаимодействии света с атомоподобными системами, где энергия фотона временно запасается в возбуждённом состоянии иона.
С помощью спектроскопии — метода, анализирующего взаимодействие света с веществом, — были подобраны идеальные материалы для такой ловушки. Эксперименты показали эффективность захвата на уровне 80% для лазерных импульсов и почти 70% для одиночных фотонов, поступающих из оптоволокна. Согласно Стандартной модели физики элементарных частиц, свет в вакууме всегда движется с скоростью света, но здесь, в среде кристалла, он эффективно «замирает» — точнее, его групповая скорость падает до нуля за счёт многократных циклов поглощения и переизлучения.
Тонкая мембрана, входящая в конструкцию, даёт возможность настраивать цвет (длину волны) захватываемого света лёгким механическим нажатием — аналогично тому, как меняется ширина щели почтового ящика. Эта технология развивает наследие опытов Сержа Ароша и Джеффа Кимбла с одиночными фотонами, воплощаясь теперь в чипах для квантовых повторителей и световых процессоров — ключевых компонентов будущих квантовых сетей.
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.