Den framväxande domänen för parallelliserad kvantinformationsbehandling öppnar nya möjligheter för exakta mätningar, kommunikation och bildbehandling. Exakt kontroll av flera lagrade fotoner möjliggör effektiv hantering av denna subtila information i stora mängder. I Quantum Memories Laboratory vid fysiska fakulteten, University of Warsaw, en grupp laserkylda atomer har använts som ett minne som kan lagra upp till 665 kvanttillstånd av ljus samtidigt. De experimentella resultaten har publicerats i Naturkommunikation .

Varje informationsbehandlingsuppgift kräver minne. Kvantminne kan lagra och hämta på begäran av kvanttillstånd. Nyckelparametern för sådant minne är dess kapacitet, antalet qubits (kvantbitar) som minnet effektivt kan bearbeta. Samtidig drift på många kvantbitar är nyckeln till effektiv kvantparallellberäkning, ge nya möjligheter inom avbildning eller kommunikation.

Generationen av många fotoner på begäran är fortfarande en viktig utmaning för experimentella grupper som hanterar kvantinformation. För en allmänt använd metod för multiplexering av enkelfotonsändare till ett nätverk, systemets komplexitet växer tillsammans med dess fördelar. Att använda kvantminne, forskare kan generera en grupp på ett dussin fotoner inom sekunder snarare än år. Rymlig multiplexering med hjälp av en enkänslig kamera utmärker sig som ett effektivt sätt att få hög kapacitet till låg kostnad.

I Quantum Memories Laboratory (fysiska fakulteten, University of Warsaw), forskare har byggt ett sådant högkapacitetsminne. Systemet har världsrekord för den största kapaciteten, eftersom andra experiment bara har utnyttjat tiotals oberoende ljustillstånd. Hjärtat i installationen består av en så kallad magneto-optisk fälla (MOT). En grupp rubidiumatomer inuti en glasvakuumkammare fångas och kyls av lasrar i närvaro av ett magnetfält till cirka 20 mikrokelvin. Minnesljus-atoms-gränssnittet är baserat på off-resonant ljusspridning. I inskrivningsprocessen, atommolnet upplyses av en laserstråle, vilket resulterar i fotonspridning.

Varje spridd foton sänds ut i slumpmässig riktning och registreras på en känslig kamera. Informationen om spridda fotoner lagras inuti atomensemblen i form av kollektiva excitationer-spinnvågor som kan hämtas på begäran som en annan grupp av fotoner. Genom att mäta korrelationer mellan emissionsvinklar för fotoner som skapas under in- och utläsningsprocessen, forskarna bestämde att minnet är, verkligen, kvant, och att egenskaperna hos det genererade ljuset inte kan beskrivas med klassisk optik. Prototypen av kvantminne från Fakulteten för fysik vid Warszawas universitet tar nu två optiska tabeller och funktioner med hjälp av nio lasrar och tre styrdatorer.