Come la memoria nei computer convenzionali, I componenti della memoria quantistica sono essenziali per i computer quantistici, una nuova generazione di processori di dati che sfruttano la meccanica quantistica e possono superare i limiti dei computer classici. Con il loro potente potere di calcolo, i computer quantistici possono spingere i confini della scienza fondamentale per creare nuovi farmaci, spiegare i misteri cosmologici, o migliorare l'accuratezza delle previsioni e dei piani di ottimizzazione. I computer quantistici dovrebbero essere molto più veloci e potenti delle loro controparti tradizionali poiché le informazioni vengono calcolate in qubit, quale, a differenza dei bit utilizzati nei computer classici, può rappresentare sia zero che uno in un superstato simultaneo.

La memoria quantistica fotonica consente l'archiviazione e il recupero di stati quantistici volanti a singolo fotone. Però, la produzione di una memoria quantistica così altamente efficiente rimane una sfida importante in quanto richiede un'interfaccia quantistica fotone-materia perfettamente abbinata. Nel frattempo, l'energia di un singolo fotone è troppo debole e può essere facilmente persa nel mare rumoroso di uno sfondo di luce vagante. Per molto tempo, questi problemi hanno soppresso l'efficienza della memoria quantistica al di sotto del 50%, un valore di soglia cruciale per le applicazioni pratiche.

Ora, per la prima volta, un gruppo di ricerca congiunto guidato dal Prof. Du Shengwang di HKUST, Prof. Zhang Shanchao della SCNU, Il Prof. Yan Hui di SCNU e il Prof. Zhu Shi-Liang di SCNU e Nanjing University hanno trovato un modo per aumentare l'efficienza della memoria quantistica fotonica a oltre l'85% con una fedeltà di oltre il 99%.

Il team ha creato una tale memoria quantistica intrappolando miliardi di atomi di rubidio in un minuscolo, spazio simile a un capello:quegli atomi vengono raffreddati quasi fino allo zero assoluto (circa 0,00001 K) utilizzando laser e un campo magnetico. Il team ha anche trovato un modo intelligente per distinguere un singolo fotone dalla rumorosa luce di fondo. La scoperta avvicina il sogno di un computer quantistico universale alla realtà. Tali dispositivi di memoria quantistica possono anche essere impiegati come ripetitori in una rete quantistica, gettare le basi per una nuova generazione di Internet quantistico.

"In questo lavoro, codifichiamo un qubit volante sulla polarizzazione di un singolo fotone e lo immagazziniamo negli atomi raffreddati al laser, " ha affermato il prof. Du. "Sebbene la memoria quantistica dimostrata in questo lavoro sia solo per un'operazione di qubit, apre la possibilità per la tecnologia e l'ingegneria quantistiche emergenti in futuro."

La scoperta è stata recentemente pubblicata come storia di copertina dell'autorevole rivista Fotonica della natura , l'ultima di una serie di ricerche del laboratorio del Prof Du sulla memoria quantistica, iniziato per la prima volta nel 2011.