Forskere danner ultra-stærk kobling mellem fotoner og atomer

ITMO University forskere har vist, at individuelle atomer kan omdannes til polaritoner - kvantepartikler, der er en blanding af stof og lys, som transmitteres via optiske fibre. I denne nye tilstand af materien, fotoner og atomer danner ultra-stærk kobling for første gang. Resultaterne af denne forskning kan bruges til at kontrollere lysets og stofs egenskaber og til at skabe kvantehukommelse. Bladet er udgivet i Fysiske anmeldelsesbreve .

Materialers egenskaber kan ændres kemisk, ved at blande dem med andre stoffer, eller fysisk, som når metaller kommer ind i superledende tilstande under hurtig afkøling. ITMO-universitetets fysikere har udført lignende transformationer på en relativt ny måde-ved at bruge lys og udsætte stof for højintensitets lysstråler eller skabe betingelser for ultrastærk kobling mellem atomer og fotoner, hvilket resulterer i nye partikler kendt som polaritoner.

Den mest almindeligt anvendte måde at tilvejebringe betingelser for ultrastærk kobling er ved at bruge optiske resonatorer. Disse resonatorer lukker lyset ind, men slipper fotonerne let ud. De reflekteres gentagne gange fra resonatorens indre vægge, konstant interagerer med atomerne indeni. Dermed, efter at være blevet bombarderet med fotoner, atomer danner ultrastærke bindinger med dem, som letter dannelsen af ​​kvasipartikler.

"En af begrænsningerne ved denne metode er, at polaritoner kun kan dannes med lyskilden konstant til stede. Det betyder, at når vi slukker lyset, alle de nyerhvervede ejendomme vil vende tilbage til deres oprindelige tilstande. Derudover mere end et atom kan passe ind i en resonator, hvilket påvirker resultatet negativt, " forklarer Ivan Iorsh, professor ved ITMOs fakultet for fysik og teknik.

Som en del af et projekt støttet af Russian Science Foundation, ITMO University forskere har, først og fremmest, fundet en måde at give stærkere kommunikation mellem lys og stof, og for det andet, at udsætte en hel række af atomer for lys. For eksempel, de viste, at brug af en bølgeleder (optisk fiber) i stedet for en resonator er en mere lovende metode til at ændre stoftilstande.

Hovedprincippet er, men atomerne udsættes for fotonerne i bølgelederen i stedet for dem i resonatoren. Imidlertid, i dette system er koblingen så stærk, at den ønskede effekt kan opnås selv uden brug af ekstern belysning. Den ultrastærke koblingstilstand demonstreret af ITMO-fysikere løser delvist problemet med kvantehukommelsen - dens ustabilitet.

"Kvantehukommelse sikrer høj sikkerhed for lagret information, men det forbliver relativt skrøbeligt. Når du forsøger at læse de data, der er sikret på denne måde, der er en mulighed for, at du mister det. Polaritoner er interessante, fordi fotoner gør dem perfekte til lagring af informationsenheder kaldet qubits, mens atomer sikrer, at de kan binde sig til andre kvasipartikler og giver os flere muligheder for at kontrollere dem. Dermed, ved at erhverve langlevende kvasipartikler, vi kan øge modstandskraften af ​​kvantesystemet som helhed, " siger Ivan Iorsh.