I ricercatori del Laboratoire Kastler Brossel (LKB) di Parigi hanno superato una barriera chiave nelle prestazioni della memoria quantistica. Il loro lavoro ha consentito la prima memorizzazione e recupero sicuri di bit quantistici.

I fisici di LKB hanno più che raddoppiato l'efficienza dell'archiviazione di qubit ottici, dal 30% a quasi il 70%, rendendo possibile l'archiviazione e il recupero sicuri. La memoria quantistica è essenziale per le future reti quantistiche. La capacità di sincronizzare i bit quantistici ha applicazioni nei protocolli di comunicazione quantistica a lunga distanza o negli algoritmi di calcolo. Con un'efficienza ben oltre il 50 percento, l'archiviazione quantistica ora consente la sicurezza del protocollo.

"L'efficienza raggiunta può aumentare la scalabilità della rete quantistica e apre anche la strada a compiti avanzati in cui l'efficienza gioca un ruolo fondamentale, come nei protocolli di certificazione o nella moneta quantistica non falsificabile, "dice il dottor Kun Huang, un borsista post-dottorato e uno degli autori principali dello studio. "Questo dispositivo può ora essere al centro di molte indagini impegnative per le reti quantistiche".

Negli ultimi anni, la memoria quantistica è stata implementata in una varietà di materiali, come ioni, cristalli e atomi freddi, che consentono il controllo dell'interazione tra il supporto di informazioni, di solito un fotone, e un supporto fisico per l'archiviazione. Però, nessuna memoria è stata in grado di archiviare e recuperare un qubit con una percentuale di successo superiore al 30% fino ad ora.

Nel numero online del 25 gennaio di Comunicazioni sulla natura , Prof. Julien Laurat e il suo team presso la LKB, parte dell'Università della Sorbona e del CNRS, ha riferito di aver archiviato qubit ottici con un'efficienza record del 70 percento, preservando una fedeltà al qubit di input oltre il 99 percento.

"Abbiamo selezionato una serie di elementi chiave e siamo stati in grado per la prima volta di combinarli in un'unica configurazione. Questo lavoro è stato fondamentale per ottenere la massima efficienza fino ad oggi per l'archiviazione e la lettura di un qubit ottico, "dice Pierre Vernaz-Gris, un ex studente di dottorato che ha eseguito l'esperimento e uno dei due autori principali dell'articolo.

L'esperimento prevede la conversione di un qubit fotonico in un'eccitazione atomica di atomi di cesio raffreddati al laser. Con il protocollo della trasparenza elettromagnetica, un raggio laser di controllo rende il mezzo trasparente e rallenta la luce del segnale di urto che trasporta le informazioni. Quando il segnale è contenuto nell'ensemble e il raggio di controllo è spento, l'informazione viene convertita in un'eccitazione collettiva degli atomi, che viene memorizzato fino alla riaccensione dei raggi di controllo.

Questa tecnica, masterizzato presso LKB, è già stato utilizzato per esperimenti di memoria quantistica negli anni precedenti, ma l'efficienza del processo dipende molto dal numero di atomi coinvolti nell'interazione. Il team di Laurat ha quindi preparato una nuvola molto allungata di atomi ultrafreddi (lunga quasi tre centimetri), che ha consentito un'archiviazione efficiente. La svolta è arrivata quando il team di ricerca è stato in grado di eseguire il multiplexing spaziale della nuvola atomica compressa. L'LKB riesce a ottenere contemporaneamente sia un'archiviazione efficiente che un multiplexing spaziale, oltre ad un elevato rapporto segnale-rumore.

Questa dimostrazione segue altri lavori che il gruppo di Laurat ha fatto negli ultimi anni, compresa la realizzazione di una memoria quantistica a più gradi di libertà o la dimostrazione iniziale della luce ferma in una fibra ottica.