Spændende apparat hjælper atomer med at se lyset

Forskere i Light-Matter Interactions for Quantum Technologies Unit ved Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) har genereret Rydberg-atomer-usædvanligt store ophidsede atomer-nær nanometer-tynde optiske fibre. Deres fund, udgivet for nylig i Fysisk gennemgangsforskning , markere fremskridt mod en ny platform til behandling af kvanteoplysninger, som har potentiale til at revolutionere materiale- og lægemiddelfund og give mere sikker kvantekommunikation.

På grund af deres ekstraordinære modtagelighed for elektriske og magnetiske felter, Rydberg -atomer har længe vakt fysikeres interesser. Anvendes sammen med optiske nanofibre, disse hyperfølsomme atomer kunne spille en instrumentel rolle i nye typer skalerbare kvanteindretninger. Imidlertid, Rydberg -atomer er især svære at kontrollere.

"Hovedformålet med undersøgelsen var at bringe Rydberg -atomer i nærheden af ​​nanofibrene, "sagde Krishnapriya Subramonian Rajasree, en ph.d. studerende på OIST og undersøgelsens første forfatter. "Dette setup skaber et nyt system til undersøgelse af interaktioner mellem Rydberg-atomer og nanofiberoverflader."

Usædvanlige atomer

For at udføre deres forskning, forskerne brugte en enhed kaldet en magneto-optisk fælde til at fange en klynge af Rubidium (Rb) atomer. De reducerede atomernes temperatur til cirka 120 mikroKelvin - brøkdele af en grad over absolut nul og løb en nanofiber gennem atomskyen.

Derefter, forskerne ophidsede Rb -atomerne til en mere energisk Rydberg -tilstand, ved hjælp af en 482 nm lysstråle, der bevæger sig gennem nanofiberen. Disse Rydberg -atomer, som dannede sig omkring nanofiberoverfladen, er større i størrelse end deres almindelige kolleger. Når atomernes elektroner fik energi, de flyttede længere fra atomkernen, skabe større atomer. Denne usædvanlige størrelse øger atomernes følsomhed over for deres miljø og tilstedeværelsen af ​​andre Rydberg -atomer.

Gennem deres eksperiment, forskerne bragte Rydberg -atomerne inden for kun nanometer fra den optiske nanofiber, muliggøre øget interaktion mellem atomer og lys, der rejser i nanofiberen. På grund af deres unormale egenskaber, Rydberg-atomerne undslap den magneto-optiske fælde. Forskerne var i stand til at forstå aspekter af Rydberg -atomadfærd ved at undersøge, hvordan tabet af atomer afhænger af lysets effekt og bølgelængde.

Evnen til at bruge lys, der rejser i en optisk nanofiber til at ophidse og derefter kontrollere Rydberg -atomer, kan hjælpe med at bane vejen mod metoder til kvantekommunikation, samtidig med at den varsler stigende fremskridt mod kvanteberegning, sagde forskerne.

"At forstå interaktioner mellem lys og Rydberg -atomer er afgørende, sagde Dr. Jesse Everett, en postdoktor ved OIST og medforfatter af undersøgelsen. "Udnyttelse af disse atomer kan muliggøre sikker routing af kommunikationssignaler ved hjælp af meget små mængder lys."

Bevæger sig fremad, forskerne håber at kunne studere egenskaberne ved Rydberg -atomerne yderligere i forbindelse med optiske nanofibre. I fremtidige undersøgelser, de agter at se på Rydberg -atomer, der er endnu større i størrelse, at undersøge mulighederne og grænserne for dette system.