Memória quântica integrada guarda dados em luz sob demanda

Baseado em artigo de Liu Jia - CAS - 19/01/2021

O chip guarda os dados nos fótons de maneira controlada.
[Imagem: CAS]

Armazenamento sob demanda

Pesquisadores chineses conseguiram pela primeira vez realizar o armazenamento sob demanda de qubits fotônicos em uma memória quântica de estado sólido integrada.

Uma memória quântica é a tecnologia central para a construção de redes quânticas em grande escala. Repetidores ou discos rígidos futuramente construídos com essas memórias quânticas poderão efetivamente superar a perda de fótons, estendendo assim a distância de trabalho das redes quânticas.

O armazenamento sob demanda requer a determinação do tempo de armazenamento depois de o fóton ter sido absorvido pela memória, o que é essencial para as redes quânticas. No entanto, as memórias quânticas de estado sólido integradas demonstradas até agora são todas baseadas no esquema de pente de frequência atômica (PFA), que apresentam um tempo de armazenamento predeterminado.

A fim de alcançar o armazenamento sob demanda, os pesquisadores adotaram um esquema de memória quântica modificado: Um esquema PFA modulado por Stark - o efeito Stark, conhecido há mais de um século, consiste em aplicar um campo elétrico a um átomo para controlar seu espectro de cores.

Memória quântica integrada

Chao Liu e seus colegas usaram esse efeito para manipular a evolução de íons de terras raras em tempo real, introduzindo dois pulsos elétricos para controlar o tempo de armazenamento da memória quântica.

Eles primeiro usaram um sistema de microusinagem a laser de femtossegundo para fabricar guias de ondas ópticas na superfície de um cristal de silicato de ítrio dopado com európio. Dois eletrodos colocados em ambos os lados dos guias de ondas ópticos permitiram que o tempo de armazenamento pudesse ser controlado em tempo real com uma tensão compatível com a lógica TTL (transistor-transistor logic) da eletrônica tradicional.

A perda na inserção do guia de onda óptico foi inferior a 1 dB, que é atualmente o melhor valor relatado para memórias quânticas de estado sólido integradas.

O chip que guarda os qubits de luz é compatível com as tensões usadas nos circuitos eletrônicos comuns.
[Imagem: Chao Liu et al. - 10.1103/PhysRevLett.125.260504]

Qubits de intervalo de tempo

A equipe demonstrou o armazenamento sob demanda de qubits de intervalo de tempo com essa memória quântica de estado sólido integrada, com uma fidelidade de armazenamento de 99,3% (± 0,2%) - a codificação no intervalo de tempo é uma técnica usada na ciência da informação quântica para codificar um qubit de informação em um fóton.

Este resultado está próximo da melhor fidelidade de armazenamento alcançada com cristais (99,9%), que também foi relatado pelo mesmo grupo de pesquisa em 2012 - a alta fidelidade indica a confiabilidade dessa memória quântica integrada.

Memórias quânticas integradas serão essenciais para o armazenamento quântico de grande capacidade e para a construção das redes que comporão a esperada internet quântica.

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