Физики из Университета Женевы (Швейцария)
реализовали «хранение» квантового состояния одного фотона из запутанной
пары частиц с помощью примесных ионов неодима в кристалле.
Пары запутанных фотонов были получены по известной и многократно
описанной методике спонтанного параметрического рассеяния. Источником
излучения служил лазер, работавший на длине волны в 532 нм. «Сцепленные»
фотоны имели длину волны в 883 и 1338 нм; последнее значение, отметим,
практически идеально подходит для передачи по оптоволокну.
В качестве запоминающей среды учёные использовали ~109 ионов Nd3+ в сантиметровом кристалле силиката иттербия Y2SiO5,
охлаждённом до 3 К. Фотон с длиной волны 883 нм направлялся на
кристалл, поглощался и через некоторое заданное время излучался
повторно, а затем его регистрировал детектор на основе кремниевого
лавинного фотодиода. Вторая (1 338-нанометровая) частица уходила по
50-метровому отрезку оптоволокна в отдельную лабораторию, где её ждал
однофотонный сверхпроводящий детектор.
В эксперименте определялась величина задержки, разделяющей моменты
регистрации фотонов. Собранная по результатам длительных измерений
статистика совпадений показала, что задержка чаще всего соответствует
заданному времени хранения; это, очевидно, служит свидетельством
исправного функционирования схемы. Эффективность работы квантовой
памяти, определяемая как отношение числа поглощённых и испущенных
фотонов к общему числу падающих на кристалл фотонов, оказалась довольно
высокой: при времени хранения в 100 нс она составляла 12%, а при 25 нс —
поднималась до 21%.
Рис. 1. Величина задержки для разных значений времени хранения, которые указаны справа (иллюстрация авторов работы).
Для того чтобы доказать, что состояние запутанности в опыте не
теряется, необходимо было провести стандартный тест — продемонстрировать
нарушение неравенства Белла. Эта задача была решена для неравенства в
форме Клаузера — Хорна — Шимони — Хольта.
Результаты опыта должны заинтересовать тех, кто занимается
разработкой квантовых повторителей (устройств, которые могут решить
проблему потерь в оптоволокне), сдерживающих развитие систем квантовой
криптографии. На практике физикам, конечно, понадобятся более высокие
значения эффективности и времени хранения, а также возможность
считывания информации по запросу. В настоящее время проводятся
эксперименты с кристаллами Y2SiO5 с добавками празеодима и европия, демонстрирующими нужные свойства.
