El dominio emergente del procesamiento de información cuántica en paralelo abre nuevas posibilidades para mediciones precisas, comunicación e imágenes. El control preciso de múltiples fotones almacenados permite un manejo eficiente de esta información sutil en grandes cantidades. En el Laboratorio de Memorias Cuánticas de la Facultad de Física, Universidad de Varsovia, Se ha utilizado un grupo de átomos refrigerados por láser como memoria que puede almacenar hasta 665 estados cuánticos de luz simultáneamente. Los resultados experimentales se han publicado en Comunicaciones de la naturaleza .

Cada tarea de procesamiento de información requiere memoria. La memoria cuántica es capaz de almacenar y recuperar estados cuánticos bajo demanda. El parámetro clave de dicha memoria es su capacidad, el número de qubits (bits cuánticos) que la memoria puede procesar de manera efectiva. La operación simultánea en muchos qubits es clave para un cálculo paralelo cuántico eficiente, proporcionando nuevas posibilidades en los campos de la imagen o la comunicación.

La generación bajo demanda de muchos fotones sigue siendo un desafío clave para los grupos experimentales que se ocupan de la información cuántica. Para un método ampliamente utilizado de multiplexar emisores de fotón único en una red, la complejidad del sistema crece junto con sus ventajas. Usando memoria cuántica, los investigadores pueden generar un grupo de una docena de fotones en segundos en lugar de años. La multiplexación espacial con la ayuda de una cámara sensible a un solo fotón se destaca como una forma efectiva de obtener alta capacidad a bajo costo.

En el Laboratorio de Memorias Cuánticas (Facultad de Física, Universidad de Varsovia), los investigadores han construido una memoria de tan alta capacidad. El sistema tiene un récord mundial de mayor capacidad, ya que otros experimentos solo han aprovechado decenas de estados independientes de luz. El corazón de la configuración comprende una trampa magnetoóptica (MOT). Un grupo de átomos de rubidio dentro de una cámara de vacío de vidrio es atrapado y enfriado por láseres en presencia de un campo magnético a aproximadamente 20 micro-Kelvins. La interfaz de memoria de átomos de luz se basa en la dispersión de luz fuera de resonancia. En el proceso de escritura, la nube de átomos está iluminada por un rayo láser, resultando en la dispersión de fotones.

Cada fotón disperso se emite en una dirección aleatoria y se registra en una cámara sensible. La información sobre los fotones dispersos se almacena dentro del conjunto atómico en forma de excitaciones colectivas, ondas de espín que se pueden recuperar bajo demanda como otro grupo de fotones. Midiendo las correlaciones entre los ángulos de emisión de fotones creados durante el proceso de escritura y lectura, los investigadores determinaron que la memoria es, Por supuesto, cuántico, y que las propiedades del estado de luz generado no pueden ser descritas por la óptica clásica. El prototipo de memoria cuántica de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia ahora toma dos tablas ópticas y funciona con la ayuda de nueve láseres y tres computadoras de control.