Впервые физикам удалось сохранить состояние квантового бита в кристалле искусственного алмаза при комнатной температуре и дольше, чем на одну секунду. Результат получен объединёнными усилиями исследователей из Гарвардского университета (Кембридж), Института квантовой оптики имени Макса Планка (Гархинг) и Калифорнийского технологического института (Пасадена).

До недавних пор все попытки записать данные в квантовом состоянии требовали соблюдения жёстких условий – например, близкой к абсолютному нулю температуры. В противном случае из-за тепловых колебаний проявления квантовых свойств в системе исчезали вместе с информацией. Длительность хранения при этом измерялась миллисекундами, которых едва хватало для того, чтобы зафиксировать результат эксперимента.

Основной проблемой была необходимость учитывать два противоположных условия: максимальную изоляцию квантовой памяти от внешней среды и одновременно её доступность для операций чтения/записи. Недавно международной группе физиков удалось найти способ устранения этих противоречий.

В качестве средства кодирования кубита был выбран магнитный момент, генерируемый ядерным спином изотопа углерода C13. Однако управление им осуществлялось не напрямую, а опосредованно через связанный с ним атом азота. Такие рабочие пары сформировали узлы решётки кристалла искусственного алмаза, который и стал прообразом первого квантового носителя информации. Для записи использовались зелёный лазер и генератор микроволн, а для чтения было достаточно только лазера.

Структура искусственного алмаза: центр N-V управляет состоянием кубита

Разработка пригодных для повседневного применения квантовых методов хранения данных остаётся одной из приоритетных задач современной науки. В силу своей природы информационная ёмкость кубита выше, чем привычного бита двоичной логики, однако наибольший интерес здесь представляет даже не плотность хранения данных, а их защищённость.

В основе криптографической защиты информации лежат математические доказательства вычислительной сложности несанкционированного доступа. В квантовых системах роль стража тайны играют законы физики. Если информация записана в квантовом состоянии, то невозможно её корректно считать, не зная исходных параметров записи (например, направления поляризации света). Любая попытка узнать состояние квантовой системы изменяет его, а клонирование вслепую принципиально невозможно. По этим причинам популярные атаки методом перебора в отношении квантовых систем бесполезны.

В теории квантовые системы хранения данных могут обеспечить максимально защищённые от подделок и мошенничества средства аутентификации (паспорта, удостоверения) и безопасных платежей (кредитные карты) – словом, всё, что составляет основу приватности в её современной трактовке.

Руководитель группы Дэвид Хангер считает, что согласно теоретическим предсказаниям дальнейшая оптимизация предложенного метода позволит увеличить время хранения данных на порядки.