Berlínští vědci zlepšili ukládání kvantových informací v atomech pomocí skleněných vláken

Vědci z Humboldt-Universität zu Berlin přišli s novou metodou, která by mohla zásadně změnit podobu budoucích kvantových technologií. Výzkumníkům se podařilo vyvinout způsob, jak zachytávat a ovládat atomy v těsné blízkosti ultratenkého skleněného vlákna, přičemž tato technika výrazně zlepšuje schopnost atomů uchovávat kvantové informace. Jde o výsledek, který odborná komunita považuje za důležitý milník na cestě k prakticky využitelným kvantovým systémům.

Kvantové technologie jsou v současnosti jednou z nejintenzivněji zkoumaných oblastí moderní fyziky a informatiky. Jejich potenciál sahá od výpočetní techniky přes bezpečnou komunikaci až po přesné senzory. Klíčovým problémem, se kterým se vědci dlouhodobě potýkají, je však nestabilita kvantových stavů. Atomy nebo jiné kvantové systémy dokáží uchovávat informace jen velmi krátkou dobu, než dojde k takzvané dekoherenci, tedy k narušení kvantového stavu vlivem okolního prostředí. Právě proto je každý pokrok v oblasti stabilizace a kontroly kvantových nosičů informací mimořádně cenný.

Berlínský tým se zaměřil na využití ultratenkých skleněných vláken, v jejichž bezprostřední blízkosti dokázal atomy zachytit a udržet pod kontrolou. Tato vlákna mají průměr menší, než je vlnová délka světla, což umožňuje světlu vystupovat částečně ven z vlákna ve formě takzvaného evanescentního pole. Právě toto pole lze využít k manipulaci s atomy, které se nacházejí v těsné blízkosti povrchu vlákna. Metoda tak propojuje optiku a kvantovou fyziku způsobem, který otevírá nové možnosti pro přesné ovládání kvantových systémů.

Důležitým aspektem nového přístupu je právě zlepšení doby, po kterou jsou atomy schopny kvantové informace uchovávat. Delší koherenční čas je pro praktické aplikace naprosto zásadní. Pokud atomy ztratí svůj kvantový stav příliš rychle, nelze je spolehlivě využít jako stavební kameny kvantových počítačů nebo jako součásti kvantových komunikačních sítí. Výzkumníkům z Berlína se podařilo tento parametr posunout, což jejich práci řadí mezi relevantní příspěvky k řešení jednoho z klíčových technických problémů oboru.

Ultratenká skleněná vlákna přitom nejsou v kvantovém výzkumu zcela nová záležitost. Vědci je zkoumají již řadu let jako potenciální rozhraní mezi světlem a hmotou na kvantové úrovni. Jejich výhodou je mimo jiné to, že jsou kompatibilní s existující optickou infrastrukturou, například s optickými kabely používanými v telekomunikacích. To by teoreticky mohlo usnadnit budoucí integraci kvantových prvků do reálných komunikačních sítí. Berlínský výzkum tento potenciál posouvá o krok blíže k praktické realizaci.

Schopnost přesně zachytit atom v blízkosti vlákna a zároveň zajistit, aby si po dostatečně dlouhou dobu uchoval svůj kvantový stav, představuje technicky velmi náročný úkol, který vyžaduje precizní kontrolu mnoha fyzikálních parametrů současně. Vědci musí brát v úvahu tepelné pohyby atomů, interakce s povrchem vlákna i vliv elektromagnetického záření. Každý z těchto faktorů může kvantový stav narušit, a proto je vývoj spolehlivých metod pro jejich potlačení nebo kompenzaci klíčovou souč