Fysikere udfører med succes kontrolleret transport af opbevaret lys

Et team af fysikere ledet af professor Patrick Windpassinger ved Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) har med succes transporteret lys, der er lagret i en kvantehukommelse, over en afstand på 1,2 millimeter. De har vist, at den kontrollerede transportproces og dens dynamik kun har ringe indflydelse på egenskaberne af det lagrede lys. Forskerne brugte ultrakolde rubidium-87-atomer som opbevaringsmedium til lyset for at opnå et højt lagringseffektivitet og en lang levetid.

"Vi lagrede lyset ved at putte det i en kuffert så at sige, kun at i vores tilfælde var kufferten lavet af en sky af kolde atomer. Vi flyttede denne kuffert over en kort afstand og tog derefter lyset ud igen. Dette er meget interessant ikke kun for fysik generelt, men også til kvantekommunikation, fordi lys ikke er særlig let at 'fange', og hvis du vil transportere det andre steder på en kontrolleret måde, det ender normalt med at gå tabt, "sagde professor Patrick Windpassinger, forklarer den komplicerede proces.

Den kontrollerede manipulation og lagring af kvanteinformation samt evnen til at hente dem er væsentlige forudsætninger for at opnå fremskridt inden for kvantekommunikation og for at udføre tilsvarende computeroperationer i kvanteverdenen. Optiske kvantehukommelser, som giver mulighed for lagring og on-demand hentning af kvanteinformation, der bæres af lys, er afgørende for skalerbare kvantekommunikationsnetværk. For eksempel, de kan repræsentere vigtige byggesten i kvante repeatere eller værktøjer inden for lineær kvanteberegning. I de seneste år, atomerensembler har vist sig at være medier, der er velegnede til lagring og hentning af optisk kvanteinformation. Ved hjælp af en teknik kendt som elektromagnetisk induceret gennemsigtighed (EIT), indfaldende lysimpulser kan fanges og kortlægges sammenhængende for at skabe en kollektiv excitation af lageraatomer. Da processen stort set er reversibel, lyset kan derefter hentes igen med høj effektivitet.

Det fremtidige mål er at udvikle en racerbanehukommelse for lys

I deres seneste udgivelse Professor Patrick Windpassinger og hans kolleger har beskrevet den aktivt kontrollerede transport af sådant lagret lys over afstande, der er større end lagermediets størrelse. For noget tid siden, de udviklede en teknik, der gør det muligt at transportere ensembler af kolde atomer på et 'optisk transportbånd', der fremstilles af to laserstråler. Fordelen ved denne metode er, at et relativt stort antal atomer kan transporteres og placeres med en høj grad af nøjagtighed uden væsentligt tab af atomer og uden at atomerne uforvarende opvarmes. Det er nu lykkedes for fysikerne at bruge denne metode til at transportere atomskyer, der fungerer som en let hukommelse. De gemte oplysninger kan derefter hentes andre steder. Forfiner dette koncept, udviklingen af ​​nye kvanteenheder, såsom en racerbanehukommelse til lys med separate læse- og skriveafsnit, kunne være muligt i fremtiden.