Ett team av fysiker ledda av professor Patrick Windpassinger vid Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) har framgångsrikt transporterat ljus lagrat i ett kvantminne över ett avstånd på 1,2 millimeter. De har visat att den kontrollerade transportprocessen och dess dynamik endast har liten inverkan på det lagrade ljusets egenskaper. Forskarna använde ultrakalla rubidium-87-atomer som lagringsmedium för ljuset för att uppnå en hög nivå av lagringseffektivitet och lång livslängd.

"Vi lagrade ljuset genom att lägga det i en resväska så att säga, bara att i vårt fall var resväskan gjord av ett moln av kalla atomer. Vi flyttade den här resväskan över en kort bit och tog sedan ut ljuset igen. Detta är mycket intressant inte bara för fysiken i allmänhet, men också för kvantkommunikation, eftersom ljus inte är särskilt lätt att "fånga", och om du vill transportera den någon annanstans på ett kontrollerat sätt, det slutar oftast med att det går förlorat, sade professor Patrick Windpassinger, förklarar den komplicerade processen.

Den kontrollerade manipuleringen och lagringen av kvantinformation samt möjligheten att hämta den är väsentliga förutsättningar för att uppnå framsteg inom kvantkommunikation och för att utföra motsvarande datoroperationer i kvantvärlden. Optiska kvantminnen, som möjliggör lagring och återhämtning på begäran av kvantinformation som bärs av ljus, är avgörande för skalbara kvantkommunikationsnätverk. Till exempel, de kan representera viktiga byggstenar för kvantrepeterare eller verktyg i linjär kvantberäkning. Under de senaste åren har Ensembler av atomer har visat sig vara media väl lämpade för att lagra och hämta optisk kvantinformation. Med hjälp av en teknik som kallas elektromagnetiskt inducerad transparens (EIT), infallande ljuspulser kan fångas in och kartläggas koherent för att skapa en kollektiv excitation av lagringsatomerna. Eftersom processen är i stort sett reversibel, ljuset kan sedan hämtas igen med hög effektivitet.

Det framtida målet är att utveckla ett racerbanaminne för ljus

I deras senaste publikation, Professor Patrick Windpassinger och hans kollegor har beskrivit den aktivt kontrollerade transporten av sådant lagrat ljus över avstånd större än lagringsmediets storlek. För en tid sedan, de utvecklade en teknik som gör att ensembler av kalla atomer kan transporteras på ett "optiskt transportband" som produceras av två laserstrålar. Fördelen med denna metod är att ett relativt stort antal atomer kan transporteras och placeras med en hög grad av noggrannhet utan betydande förlust av atomer och utan att atomerna oavsiktligt värms upp. Fysikerna har nu lyckats använda denna metod för att transportera atommoln som fungerar som ett ljusminne. Den lagrade informationen kan sedan hämtas någon annanstans. Förfina detta koncept, utvecklingen av nya kvantenheter, såsom ett racerbanaminne för ljus med separata läs- och skrivavsnitt, kan vara möjligt i framtiden.