golos_dobra (golos_dobra) wrote,
golos_dobra
golos_dobra

Время когерентности более секунды в телекоммуникационном запоминающем устройстве квантовой памяти

https://arxiv.org/pdf/1611.04315.pdf

Quantum memories for light will be essential elements in future long-range quantum communication networks. These memories operate by reversibly mapping the quantum state of light onto the quantum transitions of a material system. For networks, the quantum coherence times of these transitions must be long compared to the network transmission times, approximately 100 ms for a global communication network. Due to a lack of a suitable storage material, a quantum memory that operates in the 1550 nm optical fiber communication band with a storage time greater than 1 us has not been demonstrated. Here we describe the spin dynamics of 167 Er3+ : Y2SiO5 in a high magnetic field and demonstrate that this material has the characteristics for a practical quantum memory in the 1550 nm communication band. We observe a hyperfine coherence time of 1.3 seconds. Further, we demonstrate efficient optical pumping of the entire ensemble into a single hyperfine state, the first such demonstration in a rare-earth system and a requirement for broadband spin-wave stor- age. With an absorption of 70 dB/cm at 1538 nm and Λ transitions enabling spin-wave storage, this material is the first candidate identified for an efficient, broadband quantum memory at telecommunication wavelengths.

We observe a hyperfine coherence time of 1.3 seconds.
We observe a hyperfine coherence time of 1.3 seconds.
We observe a hyperfine coherence time of 1.3 seconds.

+++

Ytterbium: The quantum memory of tomorrow
Date:July 23, 2018
Source:Université de Genève
Summary:Researchers have discovered a new material that can be used to store and repeat quantum signals rapidly -- a promising step toward a global quantum network.
Квантовая связь и криптография – это будущее коммуникаций с высоким уровнем безопасности. Впереди пока еще много не решенных проблем, прежде чем можно будет создать всемирную квантовую сеть, включая распространение квантового сигнала на большие расстояния. Одной из основных задач является создание памяти, способной хранить квантовую информацию, переносимую светом. Исследователи из Университета Женевы (UNIGE, Швейцария), в партнерстве с Национальным Центром Научных Исследований (CNRS, Франция) обнаружили новый материал, в котором химический элемент иттербий может хранить и защищать хрупкую квантовую информацию даже при работе на высоких частотах. Это делает иттербий идеальным кандидатом для создания будущих квантовых сетей, где он может использоваться для распространение сигнала на большие расстояния, действуя как повторитель. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Materials.

Сегодня квантовая криптография использует оптоволокно длиной до нескольких сотен километров и отличается высокой степенью защиты: невозможно скопировать или перехватить информацию, не заставив ее исчезнуть. Однако тот факт, что невозможно скопировать сигнал, также не позволяет ученым усилить его, чтобы распропостранить на большие расстояния, как в случае с сетями Wi-Fi.

Поскольку сигнал не может быть скопирован или усилен без его исчезновения, ученые в настоящее время работают над тем, как сделать квантовую память способной повторять его, захватывая фотоны и синхронизируя их так, чтобы они могли распространяться на более длинные расстояния. Остается только найти правильный материал для создания квантовой памяти.

“Трудность состоит в том, чтобы найти такой материал, способный изолировать квантовую информацию передаваемую фотонами от возмущений окружающей среды. А также чтобы мы могли удерживать фотоны в течение хотя бы секунды для синхронизации”, – объясняет Микаэль Афзелиус, исследователь кафедры прикладной физики Университета Женевы. “Но фотоны распространяются со скоростью около 300 000 км в секунду!”.

Это означает, что физики и химики должны были найти такой материал, который не только хорошо изолирован от внешних возмущений, но и способен работать на высоких частотах. Но эти две характеристики часто считаются несовместимыми.

Несмотря на то, что уже существуют проверенные прототипы квантовой памяти, в том числе на основе редких элементов, таких как европий или празеодим, их скорость еще недостаточно высока.

“Мы заинтересовались элементом из периодической таблицы, который до сих пор не получил должного внимания – это иттербий”, – рассказывает Николас Гизин, профессор кафедры прикладной физики Университета Женевы. “Наша цель состояла в том, чтобы найти идеальный материал для создания квантовых повторителей, который включает в себя изоляцию атомов от внешней среды, которая имеет тенденцию нарушать сигнал. И, похоже, мы его нашли!”

Подвергая иттербий воздействию сверхточных магнитных полей, его атомы входят в состояние невосприимчивости, которое отсекает его от возмущений во внешней среде, что позволяет улавливать фотоны для синхронизации.

“Мы обнаружили эту “магическую точку”, изменяя амплитуду и направление магнитного поля”, – комментирует Алексей Тиранов, исследователь из отдела прикладной физики Университета Женевы, и Филипп Голднер, исследователь из Парижского исследовательского института. “Когда эта точка была достигнута, время когерентности атомов иттербия увеличилось в 1000 раз при работе на высоких частотах!”

Физики в настоящее время находятся в процессе создания квантовой памяти на основе иттербия, которая может быть использована для быстрого перехода от одного ретранслятора к другому, сохраняя фотоны как можно дольше и обеспечивая необходимую синхронизацию. Таким образом, иттербий открывает новые возможности для создания глобальной квантовой сети, а также подчеркивает важность параллельного проведения фундаментальных и прикладных исследований.

Источник: sciencedaily.com
https://www.nature.com/articles/s41563-018-0138-x

Here we demonstrate simultaneously induced clock transitions for both microwave and optical domains in an isotopically purified 171Yb3+:Y2SiO5 crystal, reaching coherence times of greater than 100 μs and 1 ms in the optical and microwave domains, respectively. This effect is due to the highly anisotropic hyperfine interaction, which makes each electronic–nuclear state an entangled Bell state. Our results underline the potential of 171Yb3+:Y2SiO5 for quantum processing applications relying on both optical and spin manipulation, such as optical quantum memories, microwave-to-optical quantum transducers, and single-spin detection, while they should also be observable in a range of different materials with anisotropic hyperfine interactions.


http://unige.ch/gap/quantum/members:alexey_tiranov
Université de Genève
Doctor of Philosophy (PhD) Physics
Dates attended or expected graduation 2012 – 2016
Kazan Federal University
Master of Science (MSc) Physics
Dates attended or expected graduation 2010 – 2012

Simultaneous coherence enhancement of optical and microwave transitions in solid-state electronic spins, Nature Materials 17, 671-675 (2018)
Efficient optical pumping using hyperfine levels in
145 Nd3+:Y2SiO5 and its application to optical storage,
New Journal of Physics 20, 053013 (2018)
Characterization of the hyperfine interaction of the excited 5D0 state of Eu3+:Y2SiO5,
Phys. Rev. B 97, 094416 (2018)
Experimental certification of millions of genuinely entangled atoms in a solid,
Nature Communications 8, 907 (2017)
Quantification of multidimensional entanglement stored in a crystal,
Phys. Rev. A 96, 040303 (2017)
Spectral hole lifetimes and spin population relaxation dynamics in neodymium-doped yttrium orthosilicate,
Phys. Rev. B 95, 205119 (2017)
Quantifying Photonic High-Dimensional Entanglement,
Phys. Rev. Lett. 118, 110501 (2017)
Temporal Multimode Storage of Entangled Photon Pairs,
Phys. Rev. Lett. 117, 240506 (2016)
Exploring storage capability of a solid-state quantum memory for light,
PHD Thesis , (2016)
Demonstration of Light-Matter Micro-Macro Quantum Correlations,
Phys. Rev. Lett. 116, 190502 (2016)
+++

https://www.researchgate.net/publication/315639976_Crystal_field_in_heterodesmic_compounds

Пришла она, пора.
Tags: y2sio5, Алексей Тиранов, квантовая магия, святой Грааль
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic
  • 2 comments