Вчені перетворили хмару атомів в пристрій зберігання оптичної інформації
Вченим з Об'єднаного інституту квантової механіки (Joint Quantum Institute, JQI) Національного інституту стандартів і технологій (National Institute of Standards and Technology, NIST) і університету Меріленда вдалося використати хмара розрідженого пара, що складається з атомів рубідію, як пристрій зберігання оптичної інформації. Використовуючи лазерні технології, вчені успішно записали і вважали із хмари атомів інформацію, що містить візуальні зображення. Згідно інформації, отриманої від Підлоги Летта (Paul Lett), вченого-фізика з інституту JQI та відділу квантових вимірювань NIST, результати цих досліджень можуть виявитися дуже корисними для створення оперативної пам'яті майбутніх квантових комп'ютерів.
"В основі наших досліджень лежать підходи і технології, розроблені вченими австралійського Національного університету, які продемонстрували те, що стан атомів рубідію розрідженого низькотемпературного пари можна керувати за допомогою магнітних полів і світла лазера" - пояснює Пол Летт.
"Пар створюється в порожнині маленької труби, яка виступає в ролі магнітної пастки. Зовнішнє магнітне поле змушує атоми рубідію упорядкувати своє просторове положення та орієнтацію. Імпульс лазерного світла, в якому містяться фотони з різною довжиною хвилі, що проходить через порожнину труби-пастки, енергетичний рівень кожного атома рубідію змінюється в залежності від того, який фотон світла потрапляє в нього. Після цього зміни енергетичних станів атомів пари являють собою свого роду відбиток інформації, яка була закодована в імпульсі світла лазера".
Другий імпульс світла, пропущений через трубку-пастку, змушує атоми рубідію перєїзлучать світло. При цьому, довжина хвилі переизлученных фотонів безпосередньо залежить від енергетичного рівня атома, таким чином, що виходить з трубки світло в точності повторює конфігурацію першого імпульсу лазерного світла, що по суті є зчитуванням записаної раніше інформації.
"Використовуючи цю ідею, ми змогли створити систему, здатну зберігати візуальні зображення. Спочатку нам вдалося зберігати лише один піксель, але по мірі вдосконалення використовуваних нами методів кількість збережених пікселів було збільшено до сотні" - розповідає Пол Летт, - "Після цього, трохи змінивши наше обладнання, ми опинилися в стані записувати і зчитувати зображення частинами, при цьому в різний час".
На жаль, із-за того, що атоми рубідію постійно перебувають у русі, записана інформація може зберігатися лише 10 мілісекунд. Але і це, в сукупності із значною кількістю збереженої інформації, що саме по собі вже є великим досягненням.
"Те, чого нам вдалося досягти, не може вразити уяву людини, далекої від фізики. Проте, фахівці в області квантових комп'ютерів і квантових обчислень вже побачили величезну перспективу наших досліджень в справі створення системи оперативної пам'яті майбутніх квантових комп'ютерів".
"Можливість вимірювання та зміни енергетичного стану атомів рубідію, яку ми надаємо, дозволить використовувати ці атоми не тільки в ролі носіїв квантової інформації, але і в ролі пристроїв, що виконують обробку цієї інформації, в ролі квантових бітів, кубітів. Цілком ймовірно, що розроблене нами напрямок стане шляхом, яким піде подальший розвиток майбутніх квантових комп'ютерів, які рано чи пізно, але будуть створені", - додав Летт.