Исследователи записывают информацию в отдельный атом
Биты и байты на жестких дисках становятся все ближе друг к другу: плотность хранения постоянно увеличивается, поскольку пространство, необходимое для наименьшей единицы информации - бита - становится все меньше и меньше. Тогда единственный атом образует естественный предел для уменьшения размера бита, потому что в конечном счете он должен храниться в форме физического состояния куска материи, скажем, в направлении его намагниченности. Немецкие исследователи достигли этого предела. Группа физиков во главе с Хольгером Шпехтом из Института квантовой оптики имени Макса Планка в Гархинге использовала мельчайшую аппаратную единицу, какую только можно вообразить, для регистрации, хранения и считывания информации: один атом рубидия.
Более конкретно, они хранили квантовый бит, или для краткости, кубит, в атоме. Он отличается от обычного бита тем, что может хранить информацию «да» и «нет» одновременно, а не только одно из двух значений за раз. Эта способность субмикроскопических частиц должна однажды позволить квантовым компьютерам выполнять определенные задачи с молниеносной скоростью, на выполнение которых у обычного компьютера ушли бы годы.
Команда Шпехта перенесла информацию, содержащуюся в состоянии поляризации световой частицы, фотона, в атом рубидия, хранила ее там более 100 микросекунд, а затем снова считывала ее в виде нового фотона. Это дает возможность передавать квантовые биты с помощью быстрых световых частиц, а также удерживать их в отдельных атомах в одном месте и обрабатывать. До сих пор был возможен обмен квантовой информацией только между фотонами и кластерами из тысяч атомов. Взаимодействие между атомом и фотоном было слишком слабым, чтобы сделать то же самое с отдельными атомами.
Исследователи из Гархинга усилили это взаимодействие с помощью оптического резонатора, в котором фотон отражался вперед и назад, а в центре которого находился атом. Управляющий лазер одновременно направлял атом в состояние, магнитные свойства которого отражали состояние поляризации фотона. Это состояние стабильно и служит хранилищем. Информация считывалась повторным облучением контрольного лазера.
Процесс может объединять различные части будущего квантового компьютера или передавать квантовую информацию на большие расстояния, поскольку для последнего требуются так называемые квантовые повторители, которые служат своего рода опорой информационного канала. Когда-нибудь для этого можно будет использовать интерфейс между атомом и светом, такой как у Гархинга.