СИСТЕМЫ КВАНТОВОЙ ПАМЯТИ И СИСТЕМЫ КВАНТОВОГО ПОВТОРИТЕЛЯ, СОДЕРЖАЩИЕ ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ИЗ ЛЕГИРОВАННОЙ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ КЕРАМИКИ, И СПОСОБЫ ИХ ПРОИЗВОДСТВА

1. Система квантовой памяти, содержащая оптический прибор из легированной поликристаллической керамики, блок генерации магнитного поля и один или более лазеров накачки, причем:
оптический прибор из легированной поликристаллической керамики расположен в магнитном поле блока генерации магнитного поля, когда блок генерации магнитного поля генерирует магнитное поле;
упомянутые один или более лазеров накачки оптически связаны с оптическим прибором из легированной поликристаллической керамики; и
оптический прибор из легированной поликристаллической керамики легирован легирующей добавкой редкоземельного элемента, которая равномерно распределена в кристаллической решетке оптического прибора из легированной поликристаллической керамики.
2. Система квантовой памяти по п. 1, причем упомянутые один или более лазеров накачки выполнены с возможностью облучения оптического прибора из легированной поликристаллической керамики и генерации формируемой спектральной структуры в легирующей добавке редкоземельного элемента оптического прибора из легированной поликристаллической керамики.
3. Система квантовой памяти по п. 2, причем легирующая добавка редкоземельного элемента выполнена с возможностью поглощать фотон памяти, пересекающий оптический прибор из легированной поликристаллической керамики, когда (i) фотон памяти переводит суперпозицию формируемой спектральной структуры легирующей добавки из первого расщепленного основного состояния в возбужденное энергетическое состояние, и (ii) при получении первого импульса накачки, выдаваемого упомянутыми одним или более лазерами накачки и переводящего суперпозицию формируемой спектральной структуры легирующей добавки редкоземельного элемента из возбужденного энергетического состояния во второе расщепленное основное состояние; и
легирующая добавка редкоземельного элемента выполнена с возможностью высвобождения фотона памяти, когда (i) суперпозиция формируемой спектральной структуры легирующей добавки редкоземельного элемента переводится из второго расщепленного основного состояния в возбужденное энергетическое состояние при получении второго импульса накачки, выдаваемого упомянутыми одним или более лазерами накачки, и (ii) суперпозиция формируемой спектральной структуры легирующей добавки редкоземельного элемента автоматически высвобождает фотон памяти после периода задержки, так что фотон памяти выходит из оптического прибора из легированной поликристаллической керамики.
4. Система квантовой памяти по любому из пп. 1-3, причем оптический прибор из легированной поликристаллической керамики содержит оксид иттрия, оксид циркония или их комбинации.
5. Система квантовой памяти по любому из пп. 1-4, причем оптический прибор из легированной поликристаллической керамики не содержит пустот.
6. Система квантовой памяти по любому из пп. 1-5, причем:
оптический прибор из легированной поликристаллической керамики представляет собой оптический волновод из легированной поликристаллической керамики, имеющий поликристаллическую керамическую сердцевину и оболочку, окружающую эту поликристаллическую керамическую сердцевину;
оболочка имеет показатель преломления, который ниже, чем показатель преломления поликристаллической керамической сердцевины; и
поликристаллическая керамическая сердцевина оптического волновода из легированной поликристаллической керамики легирована легирующей добавкой редкоземельного элемента, которая равномерно распределена в кристаллической решетке поликристаллической керамической сердцевины.
7. Система квантовой памяти по любому из пп. 1-6, причем легирующая добавка редкоземельного элемента содержит эрбий, тулий, празеодим или их комбинацию.
8. Система квантовой памяти по любому из пп. 1-7, причем легирующая добавка редкоземельного элемента составляет от примерно 0,05% до примерно 0,15% от полной молекулярной массы оптического прибора из легированной поликристаллической керамики.
9. Система квантовой памяти по любому из пп. 1-8, причем упомянутые один или более лазеров накачки содержат первый лазер накачки, оптически связанный с первым концом оптического прибора из легированной поликристаллической керамики, и второй лазер накачки, оптически связанный со вторым концом оптического прибора из легированной поликристаллической керамики.
10. Система квантовой памяти по любому из пп. 1-9, дополнительно содержащая оптический циркулятор, оптически связанный с первым концом оптического прибора из легированной поликристаллической керамики, причем:
оптический циркулятор содержит первый оптический порт, второй оптический порт и третий оптический порт;
оптический циркулятор расположен между генератором фотонов памяти и первым концом оптического прибора из легированной поликристаллической керамики так, что первый оптический порт оптического циркулятора оптически связан с генератором фотонов памяти, а второй оптический порт оптически связан с первым концом оптического прибора из легированной поликристаллической керамики;
оптический циркулятор расположен между по меньшей мере одним из упомянутых одного или более лазеров накачки и первым концом оптического прибора из легированной поликристаллической керамики так, что первый оптический порт оптического циркулятора оптически связан с по меньшей мере одним из упомянутых одного или более лазеров накачки, а второй оптический порт оптически связан с первым концом оптического прибора из легированной поликристаллической керамики; и
третий оптический порт оптического циркулятора оптически связан с мультиплексором с разделением по длинам волн.
11. Система квантовой памяти по любому из пп. 1-10, причем:
упомянутые один или более лазеров накачки конструктивно выполнены с возможностью генерации первого фотона накачки, имеющего первую длину волны фотона накачки, и второго фотона накачки, имеющего вторую длину волны фотона накачки; и
каждая из первой длины волны фотона накачки и второй длины волны фотона накачки находится в пределах примерно 20 нм от пика поглощения оптического прибора из легированной поликристаллической керамики, легированного легирующей добавкой редкоземельного элемента.
12. Система квантовой памяти по любому из пп. 1-11, дополнительно содержащая генератор фотонов памяти, оптически связанный с оптическим прибором из легированной поликристаллической керамики;
причем генератор фотонов памяти конструктивно выполнен с возможностью вывода запутанной пары фотонов памяти, содержащей первый запутанный фотон памяти, запутанный со вторым запутанным фотоном памяти.
13. Система квантовой памяти по любому из пп. 1-12, дополнительно содержащая систему охлаждения, термически связанную с оптическим прибором из легированной поликристаллической керамики; причем:
система охлаждения содержит охлаждающую камеру, и оптический прибор из легированной поликристаллической керамики расположен в этой охлаждающей камере; и
система охлаждения содержит систему охлаждения лазера, и оптический прибор из легированной поликристаллической керамики оптически связан с этой системой охлаждения лазера.
14. Система квантовой памяти по любому из пп. 1-13, причем легирующая добавка редкоземельного элемента, введенная в оптический прибор из легированной поликристаллической керамики, выполнена с возможностью хранения фотона памяти в течение времени жизни хранения фотона, составляющего от примерно 500 нс до примерно 1 мс.
15. Система квантовой памяти по любому из пп. 1-14, причем легирующая добавка редкоземельного элемента, введенная в оптический прибор из легированной поликристаллической керамики, выполнена с возможностью поглощения примерно 50% или более фотонов памяти, пересекающих оптический прибор из легированной поликристаллической керамики.
16. Оптическая система, включающая в себя систему квантового повторителя, один или более блоков генерации магнитного поля и один или более лазеров накачки, причем:
система квантового повторителя включает в себя два оптических прибора из легированной поликристаллической керамики и оптику запутывания повторителя;
каждый оптический прибор из легированной поликристаллической керамики системы квантового повторителя расположен в магнитном поле упомянутых одного или более блоков генерации магнитного поля, когда эти один или более блоков генерации магнитного поля генерируют магнитное поле;
каждый оптический прибор из легированной поликристаллической керамики системы квантового повторителя легирован легирующей добавкой редкоземельного элемента, которая равномерно распределена в кристаллической решетке оптического прибора из легированной поликристаллической керамики;
по меньшей мере один из упомянутых одного или более лазеров накачки оптически связан с каждым оптическим прибором из легированной поликристаллической керамики системы квантового повторителя; и
оптика запутывания повторителя включает в себя два запутывающих пути, оптически связанных с каждым оптическим прибором из легированной поликристаллической керамики, и расщепитель луча, расположенный так, что каждый запутывающий путь пересекает расщепитель луча.
17. Оптическая система по п. 16, причем оптика запутывания повторителя дополнительно включает в себя два детектора запутывания, оптически связанных с упомянутыми двумя запутывающими путями.
18. Оптическая система по п. 16 или 17, причем:
система квантового повторителя представляет собой первую систему квантового повторителя, а оптическая система дополнительно включает в себя вторую систему квантового повторителя, оптику запутывания связи повторителя, расщепитель пути и детектор запутывания;
причем вторая система квантового повторителя включает в себя два оптических прибора из легированной поликристаллической керамики и оптику запутывания повторителя;
каждый оптический прибор из легированной поликристаллической керамики второй системы квантового повторителя расположен в магнитном поле упомянутых одного или более блоков генерации магнитного поля, когда упомянутые один или более блоков генерации магнитного поля генерируют магнитное поле;
каждый оптический прибор из легированной поликристаллической керамики второй системы квантового повторителя легирован легирующей добавкой редкоземельного элемента, которая равномерно распределена в кристаллической решетке оптического прибора из легированной поликристаллической керамики; и
оптика запутывания связи повторителя включает в себя первый запутывающий путь, оптически связанный с и проходящий между первой системой квантового повторителя и детектором запутывания, и второй запутывающий путь, оптически связанный с и проходящий между второй системой квантового повторителя и расщепителем пути.
19. Оптическая система по п. 18, причем оптика запутывания связи повторителя дополнительно содержит расщепитель луча, расположенный так, что каждый запутывающий путь пересекает расщепитель луча; и
причем оптика запутывания связи повторителя конструктивно выполнена с возможностью запутывать запутанные пары фотонов, выводимые первой и второй системами квантового повторителя, когда каждая запутанная пара фотонов, выводимая первой и второй системой квантового повторителя, одновременно пересекают расщепитель луча, причем расщепитель пути конструктивно выполнен с возможностью направлять два запутанных фотона в первый волоконно-оптический канал и направлять два запутанных фотона во второй волоконно-оптический канал.
20. Способ производства оптического прибора из легированной поликристаллической керамики, включающий в себя:
смешивание множества комплексов переходных металлов и множества комплексов редкоземельных металлов с образованием раствора солей металлов;
нагревание раствора солей металлов с образованием нагретого раствора солей металлов;
смешивание нагретого раствора солей металлов и органического прекурсора, чтобы вызвать химическую реакцию между нагретым раствором солей металлов и органическим прекурсором с получением множества легированных редкоземельным металлом наночастиц; и
спекание упомянутого множества легированных редкоземельным металлом наночастиц с образованием оптического прибора из легированной поликристаллической керамики, имеющего легирующую добавку редкоземельного элемента, которая равномерно распределена в кристаллической решетке оптического прибора из легированной поликристаллической керамики.
21. Способ по п. 20, причем в упомянутом множестве легированных редкоземельным металлом наночастиц каждая наночастица имеет диаметр примерно 200 нм или менее.
22. Способ по п. 20 или 21, причем в упомянутом множестве легированных редкоземельным металлом наночастиц каждая наночастица имеет диаметр примерно 40 нм или менее.
23. Способ по любому из пп. 20-22, причем температура органического прекурсора меньше, чем температура нагретого раствора солей металлов, когда нагретый раствор солей металлов смешивают с органическим прекурсором.
24. Способ по любому из пп. 20-23, причем упомянутое множество легированных редкоземельным металлом наночастиц спекают при температуре спекания примерно 1300°C или выше в течение периода спекания с образованием оптического прибора из легированной поликристаллической керамики.
25. Способ по любому из пп. 20-24, причем:
упомянутое множество комплексов переходных металлов содержит соли металлов с цирконием, соли металлов с иттрием или их комбинации; и
органический прекурсор содержит мочевину, гидроксид аммония или их комбинации.