Учёные обнаружили возможность переносить квантовую информацию между квантовыми технологиями разных типов. Потенциально это может оказать серьёзное влияние на квантовые вычисления, сети и связь.

Речь идёт о преобразовании информации, которая применяется в составе квантовых компьютеров, в формат для квантовой связи. Разные технологии применяют фотоны на разных частотах. Среди наиболее распространённых квантовых вычислений используются сверхпроводящие кубиты. Над такими разработками трудятся компании вроде Google и IBM. Кубиты сохраняют информацию в движущихся на микроволновых частотах фотонах.

Для создания квантовой сети отправка микроволновых фотонов не подходит. Они держат информацию слишком слабо, чтобы сохранять её в процессе перемещения. На микроволновых частотах информация скрывается тепловым шумом.

Чтобы обойти эту проблему, следует передавать квантовую информацию фотону более высокой частоты. Так называемый оптический фотон значительно более устойчив перед окружающим шумом. К сожалению, информацию нельзя передавать напрямую между фотонами и требуется промежуточная материя. Пока одни исследователи используют для этого твердотельные вещества, в новых экспериментах применили атомы.

Электроны в атомах могут иметь лишь ограниченное количество энергии, что называется энергетическими уровнями. Находящийся на более низком энергетическом уровне электрон можно возбудить до более высокого, если ударить по нему фотоном с энергией, которая восполнит разницу между уровнями. Если электрон переходит с более высокого уровня на более низкий, атом испускает фотон с соответствующим объёмом энергии.

В атомах рубидия есть два незаполненных уровня, чем и воспользовались исследователи. Один уровень точно соответствует энергии микроволнового фотона, другой оптического фотона. Применяя лазер для смещения энергии электронов атома, технология даёт возможность поглощать микроволновый фотон с квантовой информацией. Затем происходит излучение оптического фотона с квантовой информацией. Этот процесс называется преобразованием.

Такие опыты стали возможны благодаря прогрессу в деле манипулирования объектами атомных размеров. Также помог прогресс в деле квантовой электродинамики резонатора, когда фотон захватывается сверхпроводящей отражающей камерой. Заставив фотон двигаться в замкнутом пространстве, сверхпроводящая полость усиливает взаимодействие между ним и материей внутри. Технология двунаправленная и может передавать квантовую информацию от микроволновых фотонов к оптическим и обратно. Кроме того, появится возможность сильно запутывать атомы и фотоны, что может найти применение в разных квантовых технологиях, пишет phys.org.