Linsetrick fordobler odds for kvanteinteraktion

Det er ikke let at afvise en enkelt lyspartikel fra et enkelt atom, der er mindre end en milliarddel af en meter bredt. Imidlertid, forskere ved Center for Quantum Technologies ved National University of Singapore har vist, at de kan fordoble oddsene for succes, en innovation, der kan være nyttig inden for kvanteberegning og metrologi. Resultaterne blev offentliggjort 31. oktober i Naturkommunikation .

I deres eksperiment, forskere Chin Yue Sum, Matthias Steiner og Christian Kurtsiefer affyrede en rød laser mod et omhyggeligt fanget Rubidium-atom. De sammenlignede, hvor meget af lyset, der bliver spredt væk, når lyset kun kommer fra én retning, kontra når det kommer fra to.

"Hvis et atom udsender en foton, fotonen kan gå alle retninger. Vores idé er, at for at få stærkere interaktioner mellem enkeltfotoner og enkeltatomer, vi ønsker at vende, hvad atomet gør. Så her kommer belysningen fra alle retninger, ”forklarer Steiner.

Først, de fokuserede den røde laser gennem en stærkt fokuserende linse placeret foran atomet. Atomet blev manøvreret til at ligge ved linsens fokuspunkt. I denne konfiguration, cirka 1 ud af 5 af laserfotoner sprang af atomet.

Næste, holdet opdelte laserstrålen, sender halvdelen rundt foran og halvt rundt om atomets bagside. Bagerst, laseren passerede igen gennem en stærkt fokuserende linse for at nå atomet.

Denne dobbeltlinsekonfiguration er kendt som 4Pi mikroskopi. Det er en billedbehandlingsteknik med superopløsning opfundet af nobelpristageren Stefan Hell. Navnet stammer fra den måde, vinkler beskrives i tre dimensioner:fire π beskriver en fuld kugle.

Med lyset fra begge sider, atomet spredt omkring 2 ud af hver 5 fotoner - det dobbelte af det, der blev set med kun en linse.

Atomet ændrede ikke kun fotonenes retning, men også deres afstand. I laserlys, fotoner er tilfældigt fordelt, hvor nogle kommer tæt sammen og andre adskilt af store huller. Teamet opdagede, at efter at have passeret atomet, fotonerne var mindre tilbøjelige til at ankomme sammen. Dette er tegn på en interaktion mellem atomer og fotoner, der er 'ikke -lineær'.

"Der er meget fysik at undersøge i ikke -lineære interaktioner med fotoner, "siger Chin. Effekten er afgørende for behandling af oplysninger, der er lagret i lys, for eksempel i optisk kvanteberegning.