Интегральная квантовая память с одиночным атомом в системе из двух резонаторов
https://doi.org/10.26907/2541-7746.2026.2.287-303
Аннотация
Предложена схема квантовой памяти на атоме в резонаторе, в которой резонатор связывается с внешним волноводом через дополнительный (буферный) резонатор. Показано, что использование буферного резонатора позволяет реализовать и использовать сильное взаимодействие резонаторов для увеличения рабочего спектрального диапазона квантовой памяти и улучшения ее динамических свойств. Проведено моделирование спектральных характеристик памяти в зависимости от параметров настройки вблизи точек вырождения системы и оптимизирована передаточная функция загрузки фотона на атомные состояния. Показаны преимущества изученной схемы в улучшении эффективности, качества загрузки широкополосных однофотонных состояний, что облегчает способы управления ее работой по сравнению с использованием общепринятой схемы с одним резонатором. Обсуждены возможные реализации предложенной квантовой памяти в интегральной схеме.
Ключевые слова
квантовая оптика,
квантовая память,
одиночный атом,
двухрезонаторный интерфейс,
передаточная функция,
оптимизация эффективности
При поддержке: Работа частично поддержана в рамках программы стратегического академического лидерства Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева «ПРИОРИТЕТ-2030», проект «Квантовый фотонный интерфейс для системы квантовых коммуникации на боковых частотах», Рег. № НИОКТР 125070507957-4 (С.А.М. – постановка задачи, анализ результатов и обратимости квантовой динамики), а также темы Лаборатории нелинейной оптики КФТИ – ФИЦ КазНЦ РАН (Н.С.П. – алгебраические методы оптимизации квантовых систем)
Об авторах
Н. С. Перминов
Казанский квантовый центр, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ; Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского ФИЦ КазНЦ РАН
Россия
Россия
Николай Сергеевич Перминов - младший научный сотрудник, Казанский квантовый центр, Казанский НИТУ им. А.Н. Туполева – КАИ; Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского ФИЦ «Казанский научный центр РАН».
Казань
С. А. Моисеев
Казанский квантовый центр, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ; Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского ФИЦ КазНЦ РАН
Россия
Россия
Сергей Андреевич Моисеев - доктор физико-математических наук, профессор, директор ККЦ КНИТУ–КАИ, Казанский квантовый центр, Казанский НИТУ им. А.Н. Туполева – КАИ; Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского ФИЦ «Казанский научный центр РАН».
Казань
Список литературы
1. Moody G., Sorger V.J., Blumenthal D.J., Juodawlkis P.W., Loh W., Sorace-Agaskar C., Jones A.E., Balram K.C., Matthews J.C.F., Laing A., Davanco M., Chang L., Bowers J.E., Quack N., Galland C., Aharonovich I., Wolff M.A., Schuck C., Sinclair N., Lonˇcar M., Komljenovic T., Weld D., Mookherjea S., Buckley S., Radulaski M., Reitzenstein S., Pingault B., Machielse B., Mukhopadhyay D., Akimov A., Zheltikov A., Agarwal G.S., Srinivasan K., Lu J., Tang H.X., Jiang W., McKenna T.P., Safavi-Naeini A.H., Steinhauer S., Elshaari A.W., Zwiller V., Davids P.S., Martinez N., Gehl M., Chiaverini J., Mehta K.K., Romero J., Lingaraju N.B., Weiner A.M., Peace D., Cernansky R., Lobino M., Diamanti E., Trigo Vidarte L., Camacho R.M. 2022 Roadmap on integrated quantum photonics // J. Phys.: Photonics. 2022. V. 4, No 1. Art. 012501. https://doi.org/10.1088/2515-7647/ac1ef4.
2. Bravyi S., Cross A.W., Gambetta J.M., Maslov D., Rall P., Yoder T.J. High-threshold and low-overhead fault-tolerant quantum memory // Nature. 2024. V. 627, No 8005. P. 778–782. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07107-7.
3. Bluvstein D., Evered S.J., Geim A.A., Li S.H., Zhou H., Manovitz T., Ebadi S., Cain M., Kalinowski M., Hangleiter D., Bonilla Ataides J.P., Maskara N., Cong I., Gao X., Sales Rodriguez P., Karolyshyn T., Semeghini G., Gullans M.J., Greiner M., Vuleti´c V., Lukin M.D. Logical quantum processor based on reconfigurable atom arrays // Nature. 2024. V. 626, No 7997. P. 58–65. https://doi.org/10.1038/s41586-023-06927-3.
4. Ichimura K. A simple frequency-domain quantum computer with ions in a crystal coupled to a cavity mode // Opt. Commun. 2001. V. 196, Nos 1–6. P. 119–125. https://doi.org/10.1016/S0030-4018(01)01394-3.
5. Аблаев М.Ф. К вопросу о квантовой функции, устойчивой к коллизиям // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. 2021. Т. 163, кн. 1. С. 90–94. https://doi.org/10.26907/2541-7746.2021.1.90-94.
6. Аблаев М.Ф., Аблаев Ф.М., Васильев А.В. Анализ амплитудной формы квантовой хеш-функции // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. 2023. Т. 165, кн. 1. С. 5–15. https://doi.org/10.26907/2541-7746.2023.1.5-15.
7. Tang J., Zuo Y., Xu X.-W., Huang R., Miranowicz A., Nori F., Jing H. Achieving robust single-photon blockade with a single nanotip // Nano Lett. 2025. V. 25, No 12. P. 4705–4712. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c05433.
8. King R., Wan K., McClean J.R. Exponential learning advantages with conjugate states and minimal quantum memory // PRX Quantum. 2024. V. 5, No 4. Art. 040301. https://doi.org/10.1103/PRXQuantum.5.040301.
9. Reiserer A., Rempe G. Cavity-based quantum networks with single atoms and optical photons // Rev. Mod. Phys. 2015. V. 87, No 4. P. 1379–1418. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.87.1379.
10. Moiseev S.A., Perminov N.S., Zheltikov A.M. Multiresonator quantum memory with single atoms // JETP Lett. 2022. V. 115, No 6. P. 318–323. https://doi.org/10.1134/S0021364022200255.
11. Perminov N.S., Moiseev S.A. Spectral-topological superefficient quantum memory // Sci. Rep. 2019. V. 9, No 1. Art. 1568. https://doi.org/10.1038/s41598-018-38244-5.
12. de Riedmatten H., Afzelius M., Staudt M.U., Simon C., Gisin N. A solid-state light–matter interface at the single-photon level // Nature. 2008. V. 456, No 7223. P. 773–777. https://doi.org/10.1038/nature07607.
13. Zhang M., Wang C., Hu Y., Shams-Ansari A., Ren T., Fan S., Lonˇcar M. Electronically programmable photonic molecule // Nat. Photonics. 2019. V. 13, No 1. P. 36–40. https://doi.org/10.1038/s41566-018-0317-y.
14. Ablayev F., Khadiev K., Vasiliev A., Ziiatdinov M. Theory and applications of quantum hashing // Quantum Rep. 2025. V. 7, No 2. Art. 24. https://doi.org/10.3390/quantum7020024.
15. Barya P., Prabhu A., Heller L., Chow E., Goldschmidt E.A. Ultra high-Q tunable microring resonators enabled by slow light // Nat. Commun. 2025. V. 16, No 1. Art. 10496. https://doi.org/10.1038/s41467-025-65533-1.
Рецензия
Для цитирования:
Перминов Н.С., Моисеев С.А. Интегральная квантовая память с одиночным атомом в системе из двух резонаторов. Ученые записки Казанского университета. Серия Физико-математические науки. 2026;168(2):287-303. https://doi.org/10.26907/2541-7746.2026.2.287-303
For citation:
Perminov N.S., Moiseev S.A. Integrated quantum memory with a single atom in a system of two resonators. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki. 2026;168(2):287-303. (In Russ.) https://doi.org/10.26907/2541-7746.2026.2.287-303
Послать статью по эл. почте 