Сотрудники физического факультета МГУ разработали полностью оптические фотонные схемы для реализации квантовой памяти. Исследование опубликовано в журнале Optics Express и выполнено в рамках Программы развития Междисциплинарной научно-образовательной школы Московского университета «Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина». Его результаты позволят отказаться от использования атомных систем и реализуют полностью оптическое управление. Разработанные схемы имеют принципиальное значение для практических приложений в области квантово-информационных технологий и могут быть уже сейчас использованы в современных устройствах.

В последнее время квантовая оптика на чипе стала одной из самых многообещающих платформ для развития квантовых технологий и квантовых вычислений. Преимущества таких схем заключаются в возможности масштабирования и перепрограммирования, что позволяет выполнять различные алгоритмы на одном устройстве. Управление такими схемами за счет нелинейности второго порядка позволяет существенно увеличить быстродействие и уменьшить потери. Однако на сегодняшний день целый ряд квантово-информационных протоколов используют также и атомные системы, в которых легко реализуются методы записи, хранения и считывания квантовой информации и другие операции, основанные на эффектах, обнаруженных именно в атомах.

«В данной статье представлен новый подход, в котором вместо атомных систем используются классические и квантовые оптические поля, распространяющиеся в связанных нелинейных волноводах, что позволяет воспроизводить многие важные физические эффекты, известные в атомной квантовой оптике. Продемонстрирована реализация явления электромагнитной индуцированной прозрачности (EIT), вынужденного рамановского адиабатического переноса населенности (STIRAP)», — рассказала автор статьи доктор физико-математических наук, профессор кафедры атомной физики, физики плазмы и микроэлектроники МГУ Ольга Тихонова.

В отличие от реальных атомных систем, предлагаемый подход позволяет варьировать параметры моделируемой атомной системы в широких пределах, «конструируя» ее по своему усмотрению, и фактически является развитием перспективного направления по полностью оптическому управлению и контролю квантовых эффектов.

Главным результатом статьи является разработка полностью оптических фотонных схем, с помощью которых реализуются широкополосная квантовая память и эффективное квантовое преобразование частоты. Преимущество предложенных схем заключается в отказе от использования атомных систем и полностью оптическом управлении, что обеспечивает более простую реализацию, возможность интеграции с другими устройствами, подавление различных механизмов декогеренции, а также широкий частотный диапазон. «Важной особенностью разработки является воспроизведение квантово-оптических эффектов на основе использования классического света с простыми классическими измерениями, хотя возможна работа и в квантовом однофотонном режиме. Разработанные схемы имеют принципиальное значение для практических приложений в области квантово-информационных технологий и могут быть уже сейчас непосредственно использованы в современных устройствах», — добавила Ольга Тихонова.