Il dominio emergente dell'elaborazione parallela delle informazioni quantistiche apre nuove possibilità per misurazioni precise, comunicazione e immagine. Il controllo preciso di più fotoni memorizzati consente una gestione efficiente di queste informazioni sottili in grandi quantità. Nel Laboratorio di Memorie Quantistiche della Facoltà di Fisica, Università di Varsavia, un gruppo di atomi raffreddati al laser è stato utilizzato come memoria in grado di memorizzare fino a 665 stati quantistici di luce contemporaneamente. I risultati sperimentali sono stati pubblicati in Comunicazioni sulla natura .

Ogni attività di elaborazione delle informazioni richiede memoria. La memoria quantistica è in grado di memorizzare e recuperare su richiesta gli stati quantistici. Il parametro chiave di tale memoria è la sua capacità, il numero di qubit (bit quantici) che la memoria può elaborare efficacemente. Il funzionamento simultaneo su molti qubit è la chiave per un calcolo parallelo quantistico efficiente, fornendo nuove possibilità nel campo dell'imaging o della comunicazione.

La generazione su richiesta di molti fotoni rimane una sfida chiave per i gruppi sperimentali che si occupano di informazioni quantistiche. Per un metodo ampiamente utilizzato di multiplexing di emettitori a singolo fotone in una rete, la complessità del sistema cresce insieme ai suoi vantaggi. Usando la memoria quantistica, i ricercatori possono generare un gruppo di una dozzina di fotoni in pochi secondi anziché anni. Il multiplexing spaziale aiutato da una fotocamera sensibile al singolo fotone si distingue come un modo efficace per ottenere un'elevata capacità a basso costo.

Nel Laboratorio di Memorie Quantistiche (Facoltà di Fisica, Università di Varsavia), i ricercatori hanno costruito una memoria così ad alta capacità. Il sistema detiene un record mondiale per la più grande capacità, poiché altri esperimenti hanno sfruttato solo decine di stati di luce indipendenti. Il cuore del setup è costituito da una cosiddetta trappola magneto-ottica (MOT). Un gruppo di atomi di rubidio all'interno di una camera a vuoto di vetro viene intrappolato e raffreddato da laser in presenza di un campo magnetico a circa 20 micro-Kelvin. L'interfaccia memory light-atoms si basa sulla diffusione della luce non risonante. Nel processo di scrittura, la nuvola di atomi è illuminata da un raggio laser, con conseguente diffusione di fotoni.

Ogni fotone diffuso viene emesso in una direzione casuale e registrato su una fotocamera sensibile. Le informazioni sui fotoni sparsi sono memorizzate all'interno dell'insieme atomico sotto forma di eccitazioni collettive, onde di spin che possono essere recuperate su richiesta come un altro gruppo di fotoni. Misurando le correlazioni tra gli angoli di emissione dei fotoni creati durante il processo di scrittura e lettura, i ricercatori hanno determinato che la memoria è, infatti, quantistico, e che le proprietà dello stato di luce generato non possono essere descritte dall'ottica classica. Il prototipo di memoria quantistica della Facoltà di Fisica dell'Università di Varsavia ora utilizza due tavoli ottici e funziona con l'aiuto di nove laser e tre computer di controllo.