Хаос. Нелинейная динамика

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 описывавшейся (к примеру, в этой заметке) 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 ученые использовали ~109 ионов Nd3+ в сантиметровом кристалле силиката иттербия Y2SiO5, охлажденном 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 ее 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 поглощенных 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%.

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.
 

По материалам Technology Review.