سد الفجوة بين فوتونات أشباه الموصلات والذاكرة الذرية

في تقدم مهم، نجح باحثون في الربط بين منصتين واعدتين للتقنيات الكمومية - النقاط الكمومية لأشباه الموصلات والذواكر الكمومية الذرية. وقد أظهر التعاون الدولي بقيادة الدكتورة سارة توماس من جامعة إمبريال كوليدج لندن، القدرة على تخزين الضوء المنبعث من نقطة كمومية من زرنيخيد الإنديوم بكفاءة واسترجاعه عند الطلب باستخدام ذاكرة ذرية تعتمد على بخار الروبيديوم.

النقاط الكمية عبارة عن بلورات شبه موصلة نانوية ذات قدرات استثنائية كبواعث فوتون واحد حتمية ومصادر للتشابك الكمي. ومع ذلك، فإن دمجها في شبكات كمومية واسعة النطاق يتطلب واجهة لأنظمة ذرية قادرة على الحفاظ على الحالات الكمومية الفوتونية والتلاعب بها. وتوفر الذواكر الذرية في الأبخرة الدافئة كفاءات تخزين عالية وعرض نطاق ترددي يتطابق بشكل جيد مع النقاط الكمية، ولكن التحديات تكمن في المواءمة بين الملامح الطيفية والزمنية لكليهما.

وللتغلب على ذلك، صمم الفريق نقاطهم الكمومية لتصدر انبعاثات قريبة من 1529 نانومتر، بما يتماشى مع ذاكرة الروبيديوم. تمت تصفية الفوتونات زمنياً عبر مُعدِّل كهربائي بصري وطيفياً باستخدام تجويف فابري-بيرو لتحسين التشابه بين أوضاع الإدخال والذاكرة. ومن المثير للإعجاب أنهم حققوا كفاءة إجمالية تقارب 13% ونسبة إشارة إلى ضوضاء تزيد عن 18% مقيدة فقط بضوضاء الكاشف.

يمكن أن تؤدي التحسينات الإضافية إلى تعزيز الأداء، مثل تقليل التوسيع الناجم عن الشحنة لخطوط انبعاث النقاط الكمومية. واقترح العلماء أساليب مثل الضخ الضوئي أو تحولات ستارك الديناميكية أو التعيين إلى مستويات فائقة الجاذبية التي تقضي على إبطال دوبلر لتمكين التخزين الذي يتجاوز عمر الحالة المثارة حتى ثانية واحدة.

يعمل هذا الإنجاز التاريخي على سد الفجوة بين فوتونات أشباه الموصلات والذاكرات الذرية. وتمثل القدرة على الربط بأمانة بين الأنظمة الكمية المتميزة إنجازاً كبيراً يجمع بين منصتين رائدتين. ويبشر التحسين المستمر لهذه الواجهات بتسريع التقدم في تطوير تقنيات كمومية عملية مثل عقد الذاكرة الموزعة المتصلة بشبكات ألياف الاتصالات عبر النقاط الكمومية - وهذا من الناحية النظرية سيكون الإنترنت الكمي. 

المرجع (المراجع)

1. Sarah E. Thomas، Lukas Wagner، Lukas Wagner، Raphael Joos، Robert Sittig، Cornelius Nawrath، Paul Burdekin، Ilse Maillette de Buy Wenniger، Mikhael J. Rasiah، Tobias Huber-Loyola، Steven Sagona-Stophel، Sven Höfling، Michael Jetter، Peter Michler، Ian A. Walmsley، Simone L. Portalupi، Patrick M. Leding. التخزين والاسترجاع الحتمي لضوء الاتصالات عن بُعد من مصدر أحادي الفوتون ذي النقطة الكمومية المتصل بذاكرة كمومية ذرية. Science Advances, 2024؛ 10 (15) DOI: 10.1126/sciadv.adi7346

انقر على TAGS للاطلاع على المقالات ذات الصلة :

الفيزياء | الكم | الكمبيوتر الكمومي | الذاكرة الكمومية | أشباه الموصلات