Peneliti Convert Sinyal untuk Panjang gelombang Telecom, Meningkatkan Memori Times

 

Peneliti Alex Radnaev dan Yakub Blumoff (berdiri) dan Yaroslav Dudin mengumpulkan data untuk studi sistem informasi kuantum di Institut Teknologi Georgia. (Kredit: Meek Gary)

Livejurnal69 - Menggunakan optik padat, awan ultra-dingin atom rubidium, peneliti telah membuat kemajuan dalam tiga elemen kunci yang dibutuhkan untuk sistem informasi kuantum - termasuk teknik untuk mengubah foton membawa data kuantum untuk panjang gelombang yang dapat ditransmisikan jarak yang jauh pada jaringan telekomunikasi serat optik.

Perkembangan memindahkan jaringan informasi kuantum - yang aman mengkodekan informasi dengan melibatkan foton dan atom - lebih dekat ke sistem prototipe mungkin.

Para peneliti di Institut Teknologi Georgia melaporkan temuan 26 September dalam jurnal Nature Physics, dan dalam naskah dikirimkan untuk publikasi dalam jurnal Physical Review Letters. Penelitian ini disponsori oleh Angkatan Udara Kantor Ilmiah Research, Office of Naval Research dan National Science Foundation.

Uang muka meliputi:

    * Pengembangan sistem, efisien rendah noise untuk mengubah foton membawa informasi kuantum pada panjang gelombang inframerah untuk panjang gelombang lagi cocok untuk transmisi pada sistem telekomunikasi konvensional. Para peneliti telah menunjukkan bahwa sistem, diyakini menjadi yang pertama dari jenisnya, menjaga informasi yang terjerat selama konversi untuk panjang gelombang telekomunikasi - dan kembali ke panjang gelombang inframerah asli.

    * Sebuah perbaikan yang signifikan dalam jangka waktu bahwa repeater kuantum - yang akan diperlukan untuk mengirimkan informasi - dapat mempertahankan informasi dalam memori. Tim Georgia Tech memori dilaporkan berlangsung selama 0,1 detik, 30 kali lebih lama dari yang dilaporkan sebelumnya untuk sistem berbasis atom netral dingin dan mendekati tujuan kuantum memori setidaknya satu detik - cukup lama untuk menyampaikan informasi tersebut ke node berikutnya dalam jaringan.

    * Sebuah, efisien rendah kebisingan sistem dapat mengkonversi panjang gelombang foton telekomunikasi kembali ke panjang gelombang inframerah. Sistem seperti ini akan diperlukan untuk mendeteksi foton terjerat ditularkan oleh sistem informasi kuantum.

"Ini adalah sistem pertama di mana waktu yang lama memori telah terintegrasi dengan kemampuan untuk mengirimkan pada panjang gelombang telekomunikasi," kata Brian Kennedy, co-penulis kertas Fisika Alam dan seorang profesor di Georgia Tech School of Fisika. "Kami sekarang memiliki aspek penting yang dibutuhkan untuk repeater kuantum."

Teknik konversi alamat yang isu lama menghadapi jaringan kuantum: panjang gelombang yang paling berguna untuk membuat memori kuantum bukan yang terbaik untuk transmisi informasi melalui jaringan telekomunikasi optik. Panjang gelombang sekitar 1,3 mikron dapat ditransmisikan dalam serat optik dengan penyerapan terendah, tetapi panjang gelombang yang ideal untuk penyimpanan 795 nanometer.

Konversi panjang gelombang terjadi dalam suatu sistem canggih yang menggunakan atom rubidium awan erat dikemas dalam bentuk gas untuk memaksimalkan kemungkinan interaksi dengan foton memasuki sampel. Dua sinar laser terpisah merangsang atom rubidium, yang diadakan dalam perangkap magneto-optik berbentuk cerutu sekitar enam milimeter panjang. setup menciptakan proses pencampuran empat-gelombang yang mengubah panjang gelombang foton memasukinya.

"Salah satu foton cahaya inframerah masuk menjadi salah satu foton cahaya telekomunikasi pergi keluar," kata Alex Kuzmich, seorang profesor di Georgia Tech School of Fisika dan yang lain-Nature Physics penulis utama. "Untuk melestarikan keterikatan kuantum, konversi dilakukan dengan efisiensi yang sangat tinggi dan dengan noise rendah."

Dengan mengubah bentuk, ukuran dan kepadatan awan rubidium, para peneliti telah mampu meningkatkan efisiensi setinggi 65 persen. "Kami belajar bahwa efisiensi sistem timbangan Facebook agak cepat dengan ukuran perangkap dan jumlah atom," kata Kuzmich. "Kami menghabiskan banyak waktu untuk membuat sampel optik benar-benar padat itu secara dramatis meningkatkan efisiensi dan. Adalah faktor besar dalam membuat pekerjaan ini."

Proses empat gelombang pencampuran tidak menambahkan noise pada sinyal, yang memungkinkan sistem untuk menjaga informasi yang dikodekan ke foton oleh memori kuantum. "Ada beberapa parameter yang mempengaruhi proses ini, dan kami harus bekerja keras untuk menemukan set optimal," kata Alexander Radnaev, lagi co-penulis kertas Fisika Alam.

Setelah foton dikonversi ke panjang gelombang telekomunikasi, mereka bergerak melalui serat optik - dan loop kembali ke dalam perangkap magneto-optik. Mereka kemudian dikonversi kembali ke panjang gelombang inframerah untuk pengujian untuk memverifikasi bahwa belitan telah dipertahankan. Bahwa konversi kedua mengubah awan rubidium ke detektor foton yang baik adalah efisien dan rendah kebisingan, Kuzmich kata.

Quantum memori tercipta ketika sinar laser diarahkan ke dalam awan atom rubidium terkurung dalam kisi optik. Energi yang menggairahkan atom, dan foton tersebar dari atom membawa informasi tentang eksitasi tersebut. Dalam sistem yang baru Georgia Tech, foton ini membawa informasi kuantum tersebut kemudian dimasukkan ke dalam sistem konversi panjang gelombang.

Tim peneliti mengambil dua pendekatan yang berbeda untuk memperpanjang masa pakai kuantum memori, baik yang berusaha untuk mencampur dua tingkat atom yang terlibat dalam pengkodean informasi kuantum. Satu pendekatan, diuraikan di dalam makalah Fisika Alam, menggunakan kisi optik dan proses dua-foton. Pendekatan kedua, dijelaskan dalam pengajuan Fisik Review Letters, menggunakan pendekatan medan magnet dipelopori oleh para peneliti di Institut Nasional Standar dan Teknologi.

Tujuan umum dari jaringan kuantum adalah untuk mendistribusikan qubit dilibatkan - dua berkorelasi data bit yang baik "0" atau "1" - jarak jauh. The qubit akan perjalanan foton yang ada di jaringan optik yang merupakan bagian dari sistem telekomunikasi yang ada global.

Karena rugi pada serat optik yang membentuk jaringan-jaringan, repeater harus diinstal secara berkala untuk meningkatkan sinyal. Untuk membawa qubit, repeater ini akan membutuhkan memory kuantum untuk menerima sinyal fotonik, menyimpannya sebentar, dan kemudian menghasilkan sinyal lain yang akan membawa data ke node berikutnya, dan pada tujuan akhir.

"Ini adalah satu lagi langkah yang signifikan untuk memperbaiki sistem informasi kuantum berdasarkan atom netral," kata Kuzmich. "Untuk repeater kuantum, sebagian besar langkah-langkah dasar kini telah dibuat, tetapi mencapai standar akhir yang dibutuhkan untuk sebuah sistem operasi akan memerlukan upaya intensif rekayasa optik."

Selain yang sudah disebutkan, tim peneliti juga termasuk Yo Dudin, R. Zhao, H. H. Jen, J.Z. Blumoff dan S.D. Jenkins.