Вирджиния Лоренц, профессор физики Иллинойсского университета Урбана-Шампейн, изучает оптические устройства квантовой памяти лямбда-типа, многообещающую технологию, которая основана на взаимодействии света с большой группой атомов. Она разрабатывает устройство на основе горячего металлического пара вместе с аспирантом Каем Шинбро. Поскольку исследователи работают над созданием практического устройства, они также проводят некоторые из первых теоретических анализов устройств типа Lambda. Совсем недавно они сообщили о первом дисперсионном анализе чувствительности, описывающем влияние экспериментального шума и несовершенств в Физический осмотр A.

"До этой статьи вам просто нужно было предположить, что все в квантовой памяти ведет себя идеально", - сказал Шинбро. "Это первый случай, когда были рассмотрены такие вещи, как шум, и результаты нашего анализа служат основой для разработки эксперимента".

Квантовая память лямбда-типа использует набор атомов, которые взаимодействуют с двумя видами света: одиночными фотонами, содержащими квантовую информацию, которые поглощаются, и мощными лазерными импульсами, контролирующими, когда информация фотонов поглощается и высвобождается. Существует несколько протоколов хранения и извлечения данных, которые основаны на различных механизмах, и наилучший выбор определяется свойствами атомов и управляющими лазерными импульсами.

Прошлые анализы этих протоколов предполагали идеальные условия. Такие эффекты, как шум устройства и небольшие ошибки в экспериментальных настройках, не обсуждались. Шинбро и Лоренцу необходимо было понять эти эффекты, чтобы разработать надежное устройство квантовой памяти, поэтому они восполнили этот пробел в литературе. Они проанализировали влияние как случайного шума устройства, так и медленного общего изменения экспериментальных параметров на эффективность памяти устройства типа Lambda, показатель того, как часто устройство работает по назначению.

"Методы, которые мы использовали, хорошо зарекомендовали себя в классической физике и инженерии, но мы впервые применяем их к квантовой системе", - сказал Шинбро.

В дополнение к рассмотрению того, как шум и дрейф экспериментальных параметров по отдельности влияют на производительность устройства, исследователи использовали метод анализа чувствительности Соболя, чтобы изучить, как одновременное изменение всех параметров влияет на эффективность памяти. Это позволило им определить параметры, которые оказали наиболее значительное влияние на каждый протокол, и определить, как сочетаются различия в различных параметрах.

Шинбро объяснил, что главным результатом этого анализа является понимание того, как различные экспериментальные параметры могут быть настроены для компенсации недостатков в различных настройках. Он привел пример изменения времени прихода управляющего импульса и одиночного фотона. Каждый механизм запоминания основан на тщательно настроенной задержке времени поступления. Если эта задержка начинает дрейфовать, то можно увеличить длительность управляющего импульса по времени, чтобы перекрытие с одним фотоном было примерно таким же и влияние на эффективность памяти было смягчено.

Результаты этого анализа легли в основу экспериментальных усилий Шинбро и Лоренца. Исследователи обнаружили, что некоторые эффекты, такие как изменения в парах горячего металла, часто незначительны, в то время как другие, такие как характеристики управляющего импульса, могут оказать значительное влияние на результаты эксперимента.

"Наши анализы позволили нам разработать более обоснованный эксперимент, в полной мере использующий свойства нашего устройства", - сказал Лоренц. "Более того, мы разработали структуру, которая позволяет другим проводить те же анализы для своих экспериментов".