Forskere trækker en enkelt mængde lys fra en laserstråle

I et samarbejde mellem Aarhus Universitet og Syddansk Universitet, forskere har opdaget en måde at trække en enkelt kvant af lys fra en laserstråle. Dette værk er for nylig blevet offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve . Metoden baner vej mod fremtidig kvantekommunikation og beregning ved hjælp af kvantemekanik til teknologiske applikationer.

Lys består af små udelelige energipakker, eller partikler, kendt som fotoner. En definerende egenskab for fotoner er, at de ikke interagerer, simpelthen passerer gennem hinanden totalt upåvirket. I forbindelse med kvantekommunikation, dette er en meget nyttig funktion, da det i sidste ende muliggør lavtabsoverførsel af optisk kodede data over meget store afstande. Imidlertid, mange nye ideer til behandling af kvanteoplysninger ville have stor gavn af muligheden for at få to fotoner til at interagere på en sådan måde, at den ene påvirker udbredelsen eller tilstanden af ​​en anden.

I de seneste år, ultrakølede atomgasser har vist sig at være et ideelt medium til manipulation af lys. For eksempel, ved hjælp af en teknik kendt som elektromagnetisk induceret gennemsigtighed, forskere kan drastisk ændre hastigheden af ​​lysudbredelse og langsomt lys ned til forbavsende langsomme hastigheder på blot et par meter i sekundet.

Måske endnu mere bemærkelsesværdigt, lys kan standses ved at omdanne fotonerne til atomiske excitationer i mediet. Ved at vende denne proces og kortlægge excitationer tilbage til fotoner, denne procedure realiserer en fotonisk kvantehukommelse, hvor fotoner midlertidigt kan lagres og hentes efter behov.

Sammen med teamet fra Aarhus Universitet og samarbejdspartnere fra Joint Quantum Institute ved University of Maryland, det eksperimentelle team i Odense har implementeret en sådan fotonisk hukommelse, men med en særlig form for atomgas, hvori de bestanddele, der har atomerne, har stærke vekselvirkninger.

Dette får effektivt fotonerne til at registrere hinanden i kvantehukommelsen, tillader forskere at manipulere lys på et ikke -lineært niveau. Ved hjælp af denne idé, grupperne har udtænkt og demonstreret en ny måde at trække en enkelt foton fra en optisk stråle ved hjælp af en anden lysstråle.

Den generelle idé er først at gemme et optisk felt, og send derefter en anden gennem mediet. Fotoner i den anden stråle registrerer de lagrede fotoner og interagerer med dem på en sådan måde, at en enkelt foton mærkes og senere kasseres ved hentning. Bliver frataget en enkelt foton, den originale lysstråle efterlades i en særegen kvantetilstand, der i sig selv har mange videnskabelige og teknologiske anvendelser.

Ja, den bagvedliggende idé om at manipulere fotoner ved hjælp af en sådan ikke -lineær kvantehukommelse lover meget for mange anvendelser inden for kvanteinformationsvidenskab. Selvom der kræves mere undersøgelse, før sådanne muligheder bliver fuldt praktiske, den demonstrerede prototype foton subtraherer er en vigtig milepæl mod kvanteteknologier baseret på interagerende fotoner.