Предложена квантовая память на фотонном эхe, основанная на использовании системы атомов в одномодовом резонаторе с оптимальными умеренными физическими параметрами и показано, что данная память позволяет сохранять большое число фотонных кубитов с эффективностью, близкой к 100%. Продемонстрирована возможность использования квантовой памяти на фотонном эхe для эффективной компрессии передачи квантовой информации по оптическому каналу.

Лаборатория квантовой динамики и информатики КФТИ КазНЦ РАН.
Зав. лабораторией: член-корр. РАН, д.ф.-м.н. Салихов К.М.
Руководитель: д.ф.-м.н. Моисеев С.А.
Ответственные исполнители: Губайдулин Ф.Ф. (КФТИ КазНЦ РАН), Андрианов С.Н. (ИИ АН РТ).
Соисполнители: Институт информатики АН РТ (Казань), Институт квантовой информации Университета г. Калгари (Калгари, Канада).

Создание эффективной многомодовой квантовой памяти является важной физической проблемой в создании полномасштабного квантового компьютера и реализации квантовых коммуникаций на сверхдальние расстояния. В настоящее время использование квантовой памяти на фотоном эхо хотя и позвоило установить рекордные в мире показатели по квантовой эффективности (Hedges M.P., Longdell J.J., Li Y., Sellars M.J.: Nature 465, 1052-1056 (2010)) и по количеству сохранённых световых мод (Usmani I., Afzelius M., de Riedmatten H., Gisin N.: Nature Commun. 1, 12 doi:10.1038/ncomms1010 Article (2010)), однако, требования к квантовым вычислениям в квантовом компьютере допускают использование многомодовой квантовой памяти практически лишь со 100% квантовой эффективностью. Такая квантовая память рассматривается необходимой и для квантовых комуникаций. В нашей работе мы предлагаем наиболее совершенную реализацию квантовой памяти на фотонном эхо, которая обладает высокой квантовой эффективностью в сохранении квантовых состояний большого числа фотонных кубитов при использовании нового принципа взаимодействия широкополосных фотонов с системой резонансных атомов в резонаторе. Также мы показываем, как пердложенная нами квантовая память на фотонном эхо может быть использована для эффективной квантовой компрессии фотонных кубитов, что открывает возможность для ускорения передачи квантовой иинформации по оптическим каналам связи. Эти результаты подверждаются недавними экспериментами (Hosseini M., Sparkes B.M., Hetet G., Longdell J.J., Lam P.K., Buchler B.C.: Nature (London) 461, 241-245 (2009); Buchler B.C., Hosseini M., Hetet G., Sparkes B.M., Lam P.K.: Opt. Lett. 35, iss. 7, 1091-1093 (2010)).

П.8. Актуальные проблемы оптики и лазерной физики, в том числе: достижение предельных концентраций мощности и энергии во времени, пространстве и спектральном диапазоне; освоение новых диапазонов спектра; спектроскопия сверхвысокого разрешения и стандарты частоты; прецизионные оптические измерения; проблемы квантовой и атомной оптики; взаимодействие излучения с веществом.

Публикации:

1. Moiseev S.A., Andrianov S.N., Gubaidullin F.F.: Efficient multi-mode quantum memory based on photon echo in optimal QED cavity. Phys. Rev. A 82, 022311(1-6) (2010)
2. Moiseev S.A., Tittel W.: Temporal compression of quantum information-carrying photons using a photon-echo quantum memory approach. Phys. Rev. A 82, 012309(1-13) (2010)
3. Moiseev S.A., Andrianov S.N., Gubaidullin F.F.: Multi-mode photon echo quantum memory for quantum computing and communication. Abstr. Int. Symp. «Optical Manipulation of Quantum Information in Solids». Paris, May 26-28, 2010, p. 32. Paris 2010.