Квантовая память, аналог памяти классических компьютеров, это важный компонент соединенных между собой квантовых компьютеров, без которой невозможны будут сложные сетевые операции. Команда ученых из Гарвардского университета под руководством Михаила Лукина соединила два квантовых узла памяти оптическим волокном, протянувшимся кольцом через Кембридж, Сомервилл, Уотертаун и Бостон — всего примерно 35 км. Сами узлы находились на разных этажах одной лаборатории.
Каждый узел памяти — это небольшой, несколько квадратных миллиметров — квантовый компьютер, изготовленный из кусочка алмаза с определенным дефектом в кристаллической решетке. Этот дефект — отсутствие одного атома — улучшает взаимодействие между кремний-замещенным центром и светом. Кремний-замещенная вакансия содержит два кубита: один в виде спина электрона, который используется для коммуникации, другой — в виде более живучего спина ядра, который выполняет роль памяти и хранит запутанность. Оба спина можно целиком контролировать микроволновыми импульсами. Алмазные устройства расположены внутри холодильных установок, температура внутри которых опускается до -273 °С.
В Гарварде на протяжении многих лет изучают использование кремний-замещенных вакантных центров в качестве устройств квантовой памяти, пишет Science Daily. Эта технология решает серьезную проблему квантового интернета: потерю сигнала, который невозможно усилить обычными способами. Узлы на основе кремний-замещенных вакантных центров способны улавливать, запоминать и спутывать кубиты, одновременно корректируя сигнал.
«Поскольку свет уже спутан с первым узлом, он может переносить эту запутанность во второй узел, — объяснил первый автор статьи Кан Кнаут. — Мы называем это фотонно-опосредованной запутанностью».
На протяжении нескольких последних лет ученые из команды Лукина арендуют оптический кабель у одной из компаний Бостона, чтобы проводить эксперименты с квантовым интернетом. Демонстрация возможностей квантовых узлов в условиях настоящего, крупного города — важный шаг к появлению функциональной квантовой коммуникации.
Физики из Германии использовали дефекты алмаза, чтобы без помех передавать квантовые биты информации. Вдобавок, ученые продемонстрировали, что скорость коммуникации между пространственно разделенными квантовыми системами можно в перспективе повысить более чем в 1000 раз. Это важный шаг к появлению квантового интернета.
