Можливість складати з окремих квантових комп'ютерів складні мережі впирається в необхідність утримувати квантовий стан досить довгий час, що перевищує час передачі сигналу. Австралійські вчені запропонували використовувати для цього елементи квантової пам'яті на основі іонів ербію, з'єднаних оптоволоконним кабелем. Час когеренції в такій системі склав більше однієї секунди, що на 4 порядку більше всіх запропонованих раніше варіантів. Робота опублікована в.
Будь-який комп'ютер, навіть квантовий, в даний час не зможе реалізувати весь свій потенціал, якщо він працює поодинці. Об'єднання квантових комп'ютерів у мережі, інформація всередині яких передається у вигляді світлових пучків, може дати можливість для створення квантового інтернету. Однак така можливість впирається не стільки в технічні проблеми, скільки в фундаментальні фізичні. Для створення системи вузлів, якими є елементи квантової пам'яті, і каналів передачі інформації між ними необхідно досить довго підтримувати когерентний стан квантових елементів. Управління квантовим станом при цьому відбувається за допомогою оптичної взаємодії між окремими фотонами і атомами. А час когеренції має бути порядку часу передачі сигналу (тобто не менше 100 мілісекунд).
У своїй новій роботі як елемент такої мережі елементів квантової пам'яті фізики запропонували використовувати іони ербія 167Er3 +. Його квантові властивості унікальні тим, що він працює в тій же смузі, що і існуючі зараз оптоволоконні мережі (в сучасних телекомунікаційних оптоволоконних мережах використовується довжина хвилі 1310 або 1550 нанометрів, а основний оптичний перехід іона ербію відповідає довжині хвилі 1538 нанометрів). Завдяки цьому немає необхідності додатково перетворювати сигнал при передачі між елементами, при цьому стійкість рівнів надтонкого розщеплення іона ербію може досягати 23 днів. Зрозуміло, володіючи такими властивостями, цей іон не міг не привернути уваги дослідників, проте всі попередні автори намагалися використовувати для зберігання інформації сам оптичний перехід, а не розщеплені спинові рівні. Тому ефективність таких пристроїв не перевищувала одного відсотка, а максимальний час зберігання інформації не перевищував 50 наносекунд.
Стан іона ербія стабілізувався кристалічною решіткою матеріалу іонної пастки Y2SiO5, в яку ербій вводився в якості допуючого елемента. Для збільшення часу життя рівнів надтонкого розщеплення під час роботи вченим довелося використовувати температуру не більше 3 кельвінів і магнітні поля до 7 тесла. Це дозволило збільшити час життя спинового стану за рахунок придушення взаємодій з іншими електронами і з кристалевої.
За допомогою методу комбінаційного еха і дослідження динаміки релаксації спинового стану вчені змогли виміряти час когеренції квантового стану. Виявилося, що утримувати необхідний квантовий стан у такій системі можливо на тимчасових інтервалах до 1,3 секунд. Цей час більший, ніж у 10 тисяч разів перевищує результати всіх попередніх спроб. За словами вчених, іон ербія може бути використаний або як джерело квантового сигналу, або в якості проміжної ланки при передачі інформації по оптоволоконних каналах.
Таким чином, вченим вдалося показати, що запропонований механізм з використанням іонів ербію може бути використаний для створення мереж з декількох квантових елементів пам'яті. Варто відзначити, однак, що зараз робота таких пристроїв буде вимагати дуже низьких температур і дуже великих магнітних полів, що може помітно ускладнити перехід до їх реального використання.
Нещодавно, використовуючи елементи квантової пам'яті на основі іонів рубідію, вченим вдалося реалізувати протокол прямого захищеного зв'язку. Якщо всі запропоновані принципи роботи таких мереж вдасться поєднати і реалізувати за більш прийнятних умов, це може сильно наблизити дійсну появу квантового інтернету.