Группы атомов постоянно поглощают и переизлучают свет. Поэтому, как и предполагалось, лазерный свет, казалось, «отскакивает» от них. Однако команда обнаружила, что это происходит только до определенного момента: они обнаружили, что на определенной частоте появляется «окно прозрачности». Тогда свет просто беспрепятственно проходит через полость.
Команда Калифорнийского технологического института недавно обнаружила явление, называемое коллективно индуцированной прозрачностью (CIT), которое возникает, когда группа атомов внезапно перестает отражать свет на определенных частотах. Это открытие может привести к новым применениям в квантовых вычислениях, включая разработку более эффективной квантовой памяти. Квантовая электродинамика полости (КЭП) — это изучение взаимодействия между светом, заключенным в отражающей полости, и атомами (или другими частицами) на самом фундаментальном уровне, в условиях, когда квантовая природа фотонов имеет большое значение. Эта область исследований получила значительные экспериментальные достижения в последние десятилетия благодаря разработке микро- и наноскопических устройств и методов лазерной ловушки, отмечают исследователи. Эти достижения привели к применению КЭП для обработки квантовой информации. Способность изменять свойства излучателей с помощью света (и наоборот) оказалась незаменимым инструментом для высококонтролируемых квантовых операций, объясняет команда. Предыдущая работа была посвящена КЭП в системах с несколькими эмиттерами, которые были в виде атомных газов. Здесь исследователи поставили перед собой задачу изучить взаимодействие света и материи с редкоземельными ионами, интегрированными в твердые тела (твердотельная реализация открывает возможность интеграции в квантовые приложения на кристалле). Именно тогда они обнаружили прозрачное окно прозрачности в спектре отражения оптической полости.
Проанализировав это прозрачное окно, они смогли выяснить явление, которое его вызвало: оказалось, что оно похоже на деструктивную интерференцию — которая возникает, когда две волны, исходящие от разных источников и одинаковой амплитуды, накладываются друг на друга, хотя они находятся вне фазы (их экстремумы отменяют друг друга). В этом эксперименте группы атомов непрерывно отражают лазерный свет, но на частоте CIT свет, переизлучаемый каждым из атомов в группе, создает равновесие, что приведет к уменьшению отражения. Более эффективные сверхизлучающие лазеры и квантовая память
«Мы смогли отслеживать и контролировать квантово-механические взаимодействия света и материи в наномасштабе», — говорит соавтор исследования Джунхи Чой, бывший постдокторант Калтеха, а ныне доцент Стэнфордского университета.
Помимо явления прозрачности, исследователи также заметили, что ансамбль атомов может поглощать и испускать лазерный свет гораздо быстрее (или гораздо медленнее), чем отдельный атом, в зависимости от интенсивности лазерного излучения. Эти процессы, называемые «сверхизлучение» и «субизлучение» соответственно, и лежащая в их основе физика до сих пор плохо изучены из-за большого количества взаимодействующих квантовых частиц. «Их наблюдение представляет собой ключевой шаг на пути к созданию сверхизлучающих лазеров с ультратонкой шириной линии и долгоживущих твердотельных субизлучающих запоминающих устройств», — отмечают ученые в своей статье. Эта работа расширяет наше понимание таинственного мира квантовых эффектов и может однажды проложить путь к более эффективной квантовой памяти, в которой информация хранится в наборе тесно связанных атомов. Андрей Фараон уже работал над созданием квантовой памяти, манипулируя взаимодействием нескольких атомов ванадия. Открытие CIT также может помочь в реализации квантовых сетей: «Помимо памяти, эти экспериментальные системы дают важное представление о разработке будущих соединений между квантовыми компьютерами», — сказал профессор Мануэль Эндрес, другой соавтор исследования.
Источник: https://new-science.ru/