Квантовые устройства обычно держат в криостатах — больших термосах, где температура ниже, чем в открытом космосе. Ион эрбия, запертый в крошечной ловушке на кремниевом чипе, ломает эту традицию. Он работает прямо на столе, при комнатной температуре, и помнит квантовое состояние полмиллисекунды. Для одиночного иона это очень долго.
Исследователи разместили ионы с ювелирной точностью: каждый попал в свою ячейку, изолированную от соседей. Такая изоляция не даёт ионам «разговаривать» друг с другом и терять квантовую информацию. В результате чип выдаёт чистые одиночные фотоны — частицы света, которые можно отправлять по обычному оптоволокну на многие километры.
Главный сюрприз — накачка энергией. Чтобы ион засветился, его облучают лазером, но не тем же цветом, каким он отвечает. Свет входит синим, выходит инфракрасным, и фон от лазера полностью отсекается. Такой трюк раньше не удавался с одиночными ионами при комнатной температуре.
Теперь квантовые повторители — устройства, продлевающие квантовый сигнал, — можно собирать без громоздких холодильников. Чип с эрбием подключается к обычной электронике и оптоволокну. Квантовый интернет становится на шаг ближе к нашим домам.
Эрбий — редкоземельный металл, который окрашивает стекло в розовый цвет и усиливает сигнал в оптоволоконных кабелях по всему миру.
В сериале «Пространство» квантовые коммуникаторы работают без охлаждения — похоже, инженеры будущего уже используют такие чипы.