A equipe de Li ChengFeng, Zhou Zongquan e outros do laboratório CAS KEY de Informação Quântica localizado na China, desenvolveu um Grau de Libertade em Cadeias Cnemáticas (DOF) multiplexada de memória quântica de estado sólido, e demonstrou funções de operação de pulso de fóton com tempo e frequência DOFs. Os resultados foram publicados recentemente na Nature Communications.

O armazenamento confiável e a manipulação coerente dos Estados Quânticos com sistemas de matéria possibilitam a construção de redes quânticas de grande escala baseadas em um repetidor quântico. Para alcançar taxas de comunicação úteis, memórias quânticas multi-mode serão necessárias construir um repetidor quantum de multiplexação, isto é, a combinação de dois ou mais canais de informação por apenas um meio de transmissão.

A equipe apresentou a primeira demonstração do armazenamento sob demanda de estados momentum-angular-orbitais com fracos pulsos coerentes no nível de fóton único em um cristal de íon de terra-rara com dopante. Através da combinação deste DOF tridimensional com DOFs temporal bidimensional e espectral bidimensional, a equipe criou uma memória múltipla-DOF com alta capacidade de multi-mode de até 3 * 2 * 2 = 12.

Este dispositivo também pode servir como um conversor de modo quântico fidedigno, que é a exigência fundamental para a construção de um repetidor quantum de multiplexação.

A equipe demonstrou ainda que o dispositivo pode executar operações de pulso arbitrários dentro do tempo e frequência DOF. As operações representativas incluem sequenciador de pulso, multiplexador, Shifter espectral seletivo e difusor de feixe configurável. Os resultados experimentais mostraram que em todas essas operações, os estados quânticos tridimensionais carregados por fótons mantinham uma fidelidade de cerca de 89%.

Aplicação

Este dispositivo de memória pode alcançar todas as operações necessárias para o tipo de computação quântica Knill-LaFlamme-Milburn, por isso espera-se que haja aplicação para ele no campo da computação quântica linear óptica.

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