---
title: "Квантовая память научилась удерживать одиночный фотон дольше прежнего"
description: "Физики продлили хранение одиночных фотонов в твердотельной квантовой памяти до 180 микросекунд. Рефазировка спинов помогает бороться с потерей когерентности и приближает создание квантовых ретрансляторов."
datePublished: "2026-09-28T05:43:53+00:00"
lastmod: "2026-09-28T05:43:53+00:00"
author: "Андрей Воробьев"
category: "Технологии"
image: "https://hanga.su/images/img_26/adbd855a-dca8-42d8-af86-4342232f5af5.jpg"
slug: "kvantovaya-pamyat-nauchilas-uderzhivat-odinochnyj-foton-dolshe-prezhnego"
---

# Квантовая память научилась удерживать одиночный фотон дольше прежнего

![Исследователи ICFO продемонстрировали хранение одиночных фотонов в твердотельной квантовой памяти до 180 микросекунд – рекордного времени для использованной схемы в таком режиме.](https://hanga.su/images/img_26/adbd855a-dca8-42d8-af86-4342232f5af5.jpg "Квантовая память сохранила одиночный фотон")

Обычный интернет умеет передавать информацию на тысячи километров благодаря усилителям и ретрансляторам: ослабший сигнал можно считать, восстановить и отправить дальше. С квантовой информацией такой трюк не работает – неизвестное квантовое состояние нельзя просто скопировать без его разрушения. Поэтому для будущего квантового интернета необходим другой механизм: специальные узлы должны уметь временно сохранять квантовые состояния, пока разные участки сети синхронизируются. Исследователи ICFO продемонстрировали важное улучшение такой памяти, сохранив состояние одиночного фотона до 180 микросекунд и одновременно показав, что его квантовые корреляции не исчезают.

Эксперимент начинается с пары квантово-коррелированных фотонов. Один имеет телекоммуникационную длину волны, удобную для передачи по существующим оптоволоконным линиям, а второй предназначен для записи в память. Такая комбинация особенно привлекательна для реальной сети: один фотон способен путешествовать по инфраструктуре связи, тогда как состояние его партнёра временно остаётся в узле. Если научиться повторять эту операцию на больших расстояниях, подобные узлы могут стать элементами квантовых ретрансляторов.

В качестве памяти исследователи использовали кристалл, легированный ионами празеодима и охлаждённый примерно до 3 кельвинов. Падающий фотон поглощается не одним заранее определённым атомом: его возбуждение распределяется по ансамблю ионов. Для хранения применяется протокол атомно-частотного гребня, или AFC, при котором поглощающие центры специальным образом подготавливаются по частотам. Коллективная природа такого состояния позволяет впоследствии восстановить световой импульс, сохранив заключённую в нём квантовую информацию.

Но если ничего больше не предпринимать, память быстро «забывает». Каждый ион находится в немного отличающемся локальном окружении внутри кристалла, поэтому его энергетические уровни слегка различаются. С течением времени отдельные компоненты коллективного состояния накапливают неодинаковые фазы, первоначально согласованная система постепенно рассинхронизируется и теряет когерентность. Этот процесс называется дефазировкой и является одним из основных препятствий на пути к долговременной твердотельной квантовой памяти.

Чтобы увеличить время хранения, оптический управляющий импульс сначала переводит коллективное возбуждение в долгоживущее спиновое состояние. В нём энергия не переизлучается сразу в виде света, и фотон в некотором смысле перестаёт существовать как свободная частица: его квантовое состояние оказывается записанным в коллективной конфигурации атомного ансамбля. Позже второй оптический импульс выполняет обратное преобразование, и память снова испускает фотон. Задача состоит в том, чтобы к этому моменту спиновая система всё ещё сохраняла необходимую фазовую информацию.

Исследователи применили здесь рефазировку спинов – идею, отдалённо напоминающую попытку заставить разбежавшиеся часы снова показать одинаковое время. Серия радиочастотных импульсов управляемо изменяет накопленные спинами фазы. После дальнейшей эволюции различия начинают компенсировать друг друга, и ансамбль вновь приближается к согласованному состоянию. Это не останавливает время и не отменяет взаимодействие кристалла с окружающей средой, но позволяет существенно подавить определённый механизм потери когерентности.

В результате одиночные фотоны удалось хранить до 180 микросекунд – рекордное время для использованного типа памяти в таком квантовом режиме. На человеческой шкале это почти мгновение, однако для фотона в телекоммуникационной сети интервал огромен: за сопоставимое время свет в оптическом волокне проходит более 30 километров. Именно поэтому десятки и сотни микросекунд имеют практический смысл для квантовой связи – память должна ждать, пока сигналы проходят между удалёнными узлами и становится известно, успешно ли установлено нужное соединение.

Но длительность сама по себе ещё не делает устройство квантовой памятью. Можно сохранить световой импульс и при этом потерять именно те свойства, ради которых строится квантовая сеть. Поэтому принципиальной частью эксперимента стала проверка корреляций между извлечённым из памяти фотоном и его телекоммуникационным партнёром. Исследователи подтвердили сохранение неклассических корреляций после рефазировки, показав, что метод совместим не только с классическими оптическими импульсами, но и с одиночными фотонами.

Это отличает новую работу от предыдущих демонстраций спиновой рефазировки. Техника борьбы с дефазировкой известна давно, однако её успешное применение к настоящему квантовому свету при сохранении требуемых корреляций значительно важнее для будущей сети. Квантовый ретранслятор должен работать именно с такими хрупкими состояниями, а не просто воспроизводить интенсивность обычного лазерного импульса.

Зачем вообще квантовому интернету память? Передача одиночного фотона на всё большие расстояния становится всё менее вероятной из-за потерь в волокне. В классической сети сигнал можно усилить по дороге, но квантовое состояние нельзя безнаказанно измерить, скопировать и заново сформировать. Один из возможных выходов – разбить длинный канал на более короткие участки, создать запутанность на каждом из них, временно сохранить успешные состояния и затем связать участки посредством операций обмена запутанностью.

Без памяти такая система должна была бы надеяться, что все сегменты сети сработают одновременно, вероятность чего быстро становится ничтожной. Память позволяет успешному участку подождать остальные. Поэтому время хранения, эффективность записи и считывания, качество сохранённого состояния и возможность работать сразу со множеством мод являются взаимосвязанными параметрами будущего ретранслятора.

Празеодимовые твердотельные системы интересны именно сочетанием этих характеристик. Они способны эффективно взаимодействовать со светом, поддерживают мультимодовое хранение и уже демонстрировали возможность работы с запутанностью. Новая рефазировка увеличивает ещё один важный ресурс – доступное время ожидания. Авторы предполагают, что его можно дополнительно увеличить, в частности с помощью небольших магнитных полей, уменьшающих чувствительность спиновых состояний к неоднородностям окружения.

При этом до полноценного квантового интернета ещё далеко. 180 микросекунд – важный экспериментальный результат, но практической сети понадобятся более продолжительное хранение, высокая эффективность, надёжное сопряжение различных длин волн, масштабируемость и работа множества узлов одновременно. Любое увеличение времени бесполезно, если вероятность успешного извлечения фотона становится слишком низкой или квантовое состояние заметно ухудшается.

И всё же физический принцип продемонстрирован в особенно важном режиме: одиночный фотон можно превратить в коллективное возбуждение твёрдого тела, удерживать его, активно компенсировать накопившуюся дефазировку, а затем снова получить свет с сохранившимися квантовыми корреляциями. По существу, исследователи научились заставлять множество атомов «забывать», насколько сильно они успели рассинхронизироваться. Для будущего квантового интернета именно такое контролируемое умение ждать может оказаться не менее важным, чем способность передавать фотоны на огромные расстояния.

**Ссылка:** «Долговременное хранение одиночных фотонов, геральдированных телекоммуникационными сигналами, в квантовой памяти с рефазировкой спина» [DOI: 10.1103/ftkb-pkvp.](https://dx.doi.org/10.1103/ftkb-pkvp)