Pesquisadores do Laboratoire Kastler Brossel (LKB) em Paris romperam uma barreira fundamental no desempenho da memória quântica. Seu trabalho permitiu o primeiro armazenamento seguro e recuperação de bits quânticos.

Os físicos da LKB mais do que dobraram a eficiência do armazenamento óptico de qubit - de 30% para perto de 70% - tornando possível o armazenamento e a recuperação seguros. A memória quântica é essencial para futuras redes quânticas. A capacidade de sincronizar bits quânticos tem aplicações em protocolos de comunicação quântica de longa distância ou algoritmos de computação. Com eficiência bem acima de 50 por cento, o armazenamento quântico agora permite a segurança do protocolo.

"A eficiência alcançada pode aumentar a escalabilidade da rede quântica e também abre caminho para tarefas avançadas onde a eficiência desempenha um papel crítico, como em protocolos de certificação ou dinheiro quântico não imprevisível, "diz o Dr. Kun Huang, um pós-doutorado e um dos principais autores do estudo. "Este dispositivo pode agora estar no centro de muitas investigações desafiadoras para redes quânticas."

Nos últimos anos, a memória quântica foi implementada em uma variedade de materiais, como íons, cristais e átomos frios, que permitem o controle da interação entre o portador de informações, geralmente um fóton, e um meio físico para armazenamento. Contudo, nenhuma memória foi capaz de armazenar e recuperar um qubit com uma taxa de sucesso de mais de 30 por cento até agora.

Na edição online de 25 de janeiro de Nature Communications , Prof. Julien Laurat e sua equipe no LKB, parte da Sorbonne University e do CNRS, relataram que armazenaram qubits ópticos com uma eficiência recorde de 70 por cento, enquanto preserva a fidelidade ao qubit de entrada além de 99 por cento.

"Selecionamos uma série de elementos-chave e fomos capazes pela primeira vez de combiná-los em uma única configuração. Este trabalho foi fundamental para alcançar a maior eficiência até o momento para o armazenamento e leitura de um qubit óptico, "diz Pierre Vernaz-Gris, um ex-aluno de doutorado que realizou o experimento e um dos dois autores principais do artigo.

O experimento envolve a conversão de um qubit fotônico em uma excitação atômica de átomos de césio resfriados a laser. Com o protocolo de transparência induzida eletromagneticamente, um feixe de laser de controle torna o meio transparente e retarda o sinal de luz que carrega as informações. Quando o sinal está contido no conjunto e o feixe de controle é desligado, a informação é convertida em uma excitação coletiva dos átomos, que é armazenado até que os feixes de controle sejam ligados novamente.

Esta técnica, mestre em LKB, já foi usado para experimentos de memória quântica nos anos anteriores, mas a eficiência do processo depende muito do número de átomos envolvidos na interação. A equipe de Laurat, portanto, preparou uma nuvem muito alongada de átomos ultracold (quase três centímetros de comprimento), que permitiu um armazenamento eficiente. A descoberta veio quando a equipe de pesquisa foi capaz de fazer a multiplexação espacial da nuvem de átomos compactados. O LKB consegue obter armazenamento eficiente e multiplexação espacial simultaneamente, além de uma alta relação sinal-ruído.

Esta demonstração segue outros trabalhos que o grupo de Laurat fez nos últimos anos, incluindo a realização de uma memória quântica de múltiplos graus de liberdade ou a demonstração inicial de luz interrompida em uma fibra óptica.