Naukowcy z Laboratorium Pamięci Kwantowych Wydziału Fizyki UW zbudowali pamięć zdolną przechowywać jednocześnie 665 kwantowych stanów światła. Wykorzystali do tego chmurę schłodzonych laserowo atomów. Wyniki eksperymentu opublikowano w prestiżowym czasopiśmie naukowym „Nature Communications”.
Pamięć jest elementem niezbędnym w każdym procesie przetwarzania informacji. Tak samo jak nie można skonstruować klasycznego komputera bez pamięci RAM, tak samo nie jest możliwe zbudowanie komputera kwantowego bez tzw. pamięci kwantowej. Jest to urządzenie zdolne przechować superpozycję stanów kwantowych, która może być odtworzona na żądanie użytkownika pamięci. Kluczowym parametrem takiej pamięci jest jej pojemność, oznaczająca liczbę qubitów (kwantowych bitów), którą pamięć może efektywnie przetwarzać. Jednoczesne operowanie na wielu qubitach stanowi klucz do wydajnych kwantowych obliczeń równoległych, zapewniających nowe możliwości w dziedzinach obrazowania czy komunikacji.
W Laboratorium Pamięci Kwantowych Wydziału Fizyki UW skonstruowano pamięć zdolną przechować kilkaset stanów światła jednocześnie. To światowy rekord pod względem pojemności pamięci – rozwiązania innych grup badawczych umożliwiają przechowywanie fotonów w maksymalnie kilkudziesięciu stanach jednocześnie.
Serce zbudowanego układu stanowi tzw. pułapka magnetooptyczna (MOT): grupa atomów rubidu, znajdująca się w szklanej komorze próżniowej, jest spułapkowana i schłodzona do temperatury 20 mikrokelwinów przy pomocy laserów i pola magnetycznego. Protokół pamięci opiera się na nierezonansowym rozpraszaniu światła na atomach: w procesie zapisu oświetlamy zimną chmurę atomów laserem, w wyniku czego emitowane są pod losowymi kątami fotony, rejestrowane następnie na czułej kamerze. Informacja o kierunkach rozproszeń jest przechowywana wewnątrz zespołu atomów w postaci kolektywnych wzbudzeń (tzw. fal spinowych), które mogą być na żądanie odtworzone w postaci kolejnej grupy fotonów. Pomiar korelacji pomiędzy kierunkiem fotonów emitowanych podczas zapisu i odczytu pamięci pozwala stwierdzić, że w eksperymencie wytwarzane jest światło, którego właściwości nie mogą być opisane przy użyciu klasycznej optyki.
Eksperyment naukowców z UW został opublikowany w piśmie „Nature Communications”. Autorami artykułu „Wavevector multiplexed atomic quantum memory via spatially-resolved single-photon detection” są naukowcy z UW: M. Parniak, M. Dąbrowski, M. Mazelanik, A. Leszczyński, Michał Lipka oraz dr hab. Wojciech Wasilewski.