Группа исследователей из китайского Научно-технического университета и китайской Академии Наук добились успеха в реализации протокола на основе эффекта бесшумного фотонного эха (noiseless photon echo, NLPE). Уровень шумов при работе нового протокола снижен в 670 раз по сравнению со всеми другими методами и это может быть использовано для создания высоконадежной квантовой оптической памяти и квантовых коммуникационных систем, способных передавать данные на очень большие расстояния.

Эффект фотонного эха, обнаруженный американским физиком Эрвином Ханом в 1950 году, является результатом фундаментального физического взаимодействия между светом и материей. Этот эффект является мощным инструментом, позволяющим управлять электромагнитными полями, однако, возникающие спонтанные шумовые сигналы, имеющие такую же частоту, как и полезный сигнал, затрудняют или делают невозможным в некоторых случаях практическое использование данного эффекта.

Ранее ученые пытались использовать различные методы, такие, как атомарная частотная гребенка или усиление подавленного эха, это позволило увеличить значение соотношения сигнал/шум, но не позволило избавиться от шумов полностью.

В последних своих исследованиях китайские ученые реализовали эффект NLPE при помощи кристалла Eu3+:Y2SiO5, имеющего особое строение кристаллической решетки. Частички таких кристаллов выступали в роли ячеек квантовой памяти, а подавление шумов обеспечивали четырехуровневые атомарные ячейки кристаллической решетки материала, в которых выполнялась двойная перефазировка импульса света. В результате этого частота шумового сигнала смещалась на некоторую величину, и разделение полезного сигнала и шума стало намного более простым делом.

Полученные результаты показали, что уровень шума составил 0.0015 фотона, что в 670 раз меньше уровня шумов при любых других вариантах реализации фотонного эха. Это, в свою очередь, позволило в три раза поднять эффективность работы ячеек квантовой памяти, одновременно увеличив длительность хранения и надежность считывания информации.