Kvantna memorija za pojedinačne fotone u optičkoj šupljini s membranom u sredini

Datum početka projekta: 20. 12. 2024. 

Datum završetka projekta: 19. 12. 2027. 

Voditelj projekta: doc. dr. sc. Nenad Kralj

Suradnici s Fakulteta za fiziku:
prof. dr. sc. Marin Karuza

Vanjski suradnici: 
dr. sc. Ivor Krešić (Institut za fiziku Zagreb)
dr. sc. Neven Šantić (Institut za fiziku Zagreb)


Sažetak projekta:
Mnoge primjene kvantne teorije, poput kvantne kriptografije na velikim udaljenostima i međusobnog povezivanja kvantnih računala, zahtijevaju distribuciju kvantnih resursa, kao što je sprezanje. Pridruženi gubici uvjetuju potrebu za kvantnim ponavljačima, čija je ključna sastavnica kvantna memorija. Predloženi su različiti protokoli za takve memorije, ali postojeće realizacije ne uspijevaju obuhvatiti sljedeća željena svojstva u jednom sustavu: dugo vrijeme koherencije, visoka učinkovitost, očitavanje na zahtjev i kompatibilnost s C-pojasom telekomunikacija. U MIMIQ.ME, radit ćemo na razvoju memorijske platforme za pojedinačne fotone (SP) temeljene na principu optomehanički inducirane prozirnosti (OMIT), koja može funkcionirati na raznim valnim duljinama te, zajedno s odgovarajućim SP izvorom, ispuniti sve ove zahtjeve. Memorijom ćemo upravljati na sobnoj temperaturi i implementirati ju u određenom optomehaničkom sustavu, šupljini s membranom u sredini (MIM), gdje se SP-ovi pohranjuju u vibracijskom modu ultrakoherentnog meko stegnutog membranskog rezonatora. Testirat ćemo platformu pomoću optičkih pulseva, postižući rekordna vremena pohrane i učinkovitosti među optomehaničkim memorijama. Realizirat ćemo izvor najavljenih SP-ova za pohranjivanje, na temelju spontane parametarske konverzije prema dolje u nelinearnom kristalu. Rezonantno ćemo pojačati proces postavljanjem kristala u drugu optičku šupljinu kako bismo formirali optički parametarski oscilator. Nakon MIMIQ.ME, planiramo mjeriti očuvanje sprezanja između generiranih parova fotona nakon pohrane kako bismo potvrdili da sustav radi kao kvantna memorija. Gledajući dalje, on se može koristiti za pohranjivanje polarizacijskih kubita koje generiraju SP-ovi na zahtjev iz poluvodičkih kvantnih točaka, čime bi se stanje kvantnih mreža pogurnulo prema praktičnim primjenama. Koliko platforma obećava pokazuje i činjenica da pojedini MIM sustavi s meko stegnutim membranama rade u kvantnom režimu već na sobnoj temperaturi.