Ученые открыли метод преобразования квантовой информации между различными квантовыми технологиями, который имеет важное значение для квантовых вычислений, связи и сетей. Он представляет собой инновационный подход к преобразованию квантовой информации из формата, используемого квантовыми компьютерами, в формат, необходимый для квантовой связи.
Фотоны — частицы света — необходимы для квантовых информационных технологий, но разные технологии используют их на разных частотах. Например, некоторые из наиболее распространенных технологий квантовых вычислений основаны на сверхпроводящих кубитах, таких как те, которые используются технологическими гигантами Google и IBM. Эти кубиты хранят квантовую информацию в фотонах, движущихся на микроволновых частотах.
Но если вы хотите построить квантовую сеть или соединить квантовые компьютеры, вы не можете посылать микроволновые фотоны, потому что их способность сохранять информацию слишком слаба, чтобы выжить в путешествии. На микроволновых частотах вся информация будет скрыта тепловым шумом и исчезнет.
Решение состоит в том, чтобы передать квантовую информацию фотону более высокой частоты, называемому оптическим фотоном, который гораздо более устойчив к окружающему шуму. Но информация не может передаваться напрямую от фотона к фотону — вместо этого нам нужна промежуточная материя. В некоторых экспериментах для этой цели разрабатываются твердотельные устройства, но новая работа решает использовать нечто более фундаментальное: атомы.
Электронам в атомах разрешено иметь только определенное количество энергии, называемое энергетическими уровнями. Если электрон находится на более низком энергетическом уровне, его можно возбудить до более высокого энергетического уровня, ударив по нему фотоном, энергия которого точно соответствует разнице между более высоким и более низким уровнем. Точно так же, когда электрон вынужден перейти на более низкий энергетический уровень, атом испускает фотон с энергией, которая соответствует разнице энергий между уровнями.
Атомы рубидия имеют две щели на своих уровнях, которые использует новая технология: одна точно равна энергии микроволнового фотона, а другая точно равна энергии оптического фотона. Используя лазеры для смещения энергии электронов атома вверх и вниз, новая технология позволяет атому поглощать микроволновый фотон с квантовой информацией, а затем излучать оптический фотон с этой квантовой информацией.
Технология работает в обоих направлениях: она может передавать квантовую информацию от микроволновых фотонов к оптическим фотонам и наоборот. Таким образом, он может находиться по обе стороны от дальней связи между двумя квантовыми компьютерами со сверхпроводящими кубитами и служить фундаментальным строительным блоком для квантового интернета.
