Остановка света внутри кристалла: основа для разработки квантовой памяти

Исследователи из Университета в немецком городе Дармштадте (который называют «городом наук») сумели на одну минуту остановить распространение света. Как известно, свет обычно двигается со скоростью чуть менее 300 тысяч километров в секунду (по крайней мере, в вакууме), однако внутри кристалла немецким учёным удалось снизить эту скорость до нуля. На основе этой возможности предсказывают создание квантовой памяти, когда передаваемое светом изображение может сохраняться внутри кристалла. Также оптимисты от науки видят в качестве варианта использования данной возможности создание протяжённых квантовых сетей и даже исследование возможностей преодоления порога скорости света.

В 1999 году учёным уже удавалось замедлить распространение света до скорости 17 м/с. Два года спустя та же группа специалистов сумела полностью остановить свет, но лишь на доли секунду. В нынешнем году ученые из технологического института в штате Джорджия сумели продлить остановку до 16 секунд, так что над этим работает не одна группа физиков.

Изображение трёх горизонтальных линий продержалось в кристалле 60 секунд

Для достижения такого результата применяется технология под названием электромагнитно-индуцированная прозрачность (ЭИП). Использовался криогенно охлаждённый непрозрачный кристалл на основе силиката иттрия с примесью празеодима. На кристалл направляется луч лазера, он порождает реакцию, которая делает кристалл прозрачным. Далее в дело вступает второй источник света, который передаёт данные или изображение, также направляя свой луч на кристалл. Первый лазер отключается и кристалл становится непрозрачным. Попадая внутрь, свет не отражается от граней, оставаясь на месте.

Энергия фотонов передаётся атомам кристалла, и данные, которые несёт луч света, сохраняются в спинах (моментах импульса) этих атомов. Чтобы «вытащить» данные из кристалла, его снова делают прозрачным, и моменты импульса атомов передаются фотонам. Спины соседних атомов могут поддерживать координацию друг с другом, обеспечивая целостность данных, около минуты.

Продление длительности этой координации и является основной проблемой. Для её решения исследователи рассматривают возможность использования специально создаваемых для этой цели электромагнитных полей и других материалов, как силикат иттрия с примесью европия.

Несмотря на такие успехи, до квантовых компьютеров и квантового Интернета ещё далеко. Необходимо научиться использовать материалы при комнатной температуре и записывать/считывать состояние каждого отдельного фотона.