Holograficzna pamięć atomowa, wymyślona i skonstruowana przez fizyków z UW, jest pierwszym urządzeniem zdolnym generować pojedyncze fotony w grupach liczących po co najmniej kilkadziesiąt sztuk.

Całkowicie bezpieczne, kwantowe łącza o dużej przepustowości, a nawet konstrukcja jednej z odmian komputerów kwantowych – to możliwe zastosowania nowego źródła pojedynczych fotonów zbudowanego na Wydziale Fizyki. Po raz pierwszy pozwala ono na żądanie wyprodukować nie pojedynczy foton, lecz ich dużą, precyzyjnie kontrolowaną grupę.

– W stosunku do dotychczasowych rozwiązań i pomysłów nasz przyrząd charakteryzuje się znacznie większą wydajnością i skalą integracji. W sensie funkcjonalnym można nawet o nim myśleć, jak o działającym na pojedynczych fotonach pierwszym odpowiedniku małego układu scalonego – mówi dr hab. Wojciech Wasilewski z FUW.

Pojedyncze fotony można dzisiaj stosować np. do realizowania gwarantujących pełną dyskrecję protokołów komunikacji kwantowej. Do wykonywania złożonych obliczeń kwantowych potrzebne byłyby jednak całe grupy fotonów.

W 2013 roku zespół brytyjskich fizyków z uniwersytetów w Oxfordzie i Londynie zaproponował wydajny protokół wytwarzania grup fotonów. Wyliczono, że oczekiwanie na grupę 10 fotonów skracałoby się z lat do mikrosekund. Zaprezentowane na FUW źródło jest pierwszą realizacją tego pomysłu.

– Cały nasz układ eksperymentalny zajmuje na stole optycznym powierzchnię mniej więcej dwóch metrów kwadratowych. Wszystkie najważniejsze rzeczy dzieją się jednak w samej pamięci, czyli w cylindrze o długości ok. 10 cm i średnicy 2,5 cm. Wnętrze cylindra wypełniają jedynie pary rubidu 87Rb, znajdujące się w temperaturze 60-80 stopni Celsjusza – opisuje Michał Dąbrowski, doktorant FUW.

Nowa pamięć, zbudowana dzięki grantom Preludium i Sonata Narodowego Centrum Nauki oraz środkom projektu PhoQuS@UW, jest wielomodowa przestrzennie: poszczególne fotony można umieścić, przechować, przetworzyć i odczytać w różnych obszarach przestrzeni wewnątrz cylindra pełniących rolę wydzielonych komórek pamięci.

Trwałość pamięci kwantowej zbudowanej na FUW sięga od kilku do kilkudziesięciu mikrosekund, co pozwala wykonywać na fotonach proste operacje w czasie liczonym w nanosekundach. Taki czas jest wystarczający w kwantowej komunikacji (np. do przesyłania światłowodem fotonów) i przetwarzaniu informacji. Przyrząd usuwa kolejną przeszkodę na drodze do budowy jednej z odmian komputerów kwantowych, które mogłyby dokonywać bardzo szybkich obliczeń.

Więcej informacji o “scalaku”Przeczytaj artykuł „High-Capacity Angularly Multiplexed Holographic Memory Operating at the Single-Photon Level” R. Chrapkiewicza, M. Dąbrowskiego i W. Wasilewskiego w piśmie “Physical Review Letters”