Дослідники з Каліфорнійського технологічного інституту виявили нове явище, «колективно викликану прозорість» (CIT), коли світло безперешкодно проходить через групи атомів на певних частотах. Це відкриття може потенційно покращити системи квантової пам’яті. Нещодавно відкрите явище, яке отримало назву «колективно викликана прозорість» (CIT), змушує групи атомів раптово припиняти відображення світла на певних частотах.
CIT було виявлено шляхом утримання атомів ітербію всередині оптичної порожнини — по суті, крихітної коробки для світла — і вибуху їх лазером. Хоча світло лазера буде відбиватися від атомів до певної точки, коли частота світла регулюється, з’являється вікно прозорості, в якому світло просто безперешкодно проходить через порожнину.
«Ми ніколи не знали про існування цього вікна прозорості», — каже Андрій Фараон (BS ’04) з Каліфорнійського технологічного інституту, професор прикладної фізики та електротехніки Вільяма Л. Валентайна та співавтор статті про відкриття, опублікованої 26 квітня в журнал Nature . «Наше дослідження передусім стало подорожжю, щоб з’ясувати, чому».
Аналіз вікна прозорості вказує на те, що воно є результатом взаємодії в порожнині між групами атомів і світлом. Це явище схоже на деструктивну інтерференцію, коли хвилі від двох або більше джерел можуть гасити одна одну. Групи атомів постійно поглинають і повторно випромінюють світло, що зазвичай призводить до відбиття світла лазера. Однак на частоті CIT існує баланс, створений повторно випромінюваним світлом від кожного з атомів у групі, що призводить до падіння відбиття.
«Ансамбль атомів, сильно пов’язаних з тим самим оптичним полем, може призвести до несподіваних результатів», — говорить співавтор Мі Лей, аспірант Каліфорнійського технологічного інституту.
Оптичний резонатор, довжина якого складає всього 20 мікрон і містить елементи менше 1 мікрона, був виготовлений в Інституті нанонауки Кавлі в Каліфорнійському технологічному інституті.
«За допомогою звичайних методів вимірювання квантової оптики ми виявили, що наша система досягла недослідженого режиму, відкриваючи нову фізику», — каже аспірант Рікуто Фукуморі, один із провідних авторів статті.
Окрім явища прозорості, дослідники також помітили, що сукупність атомів може поглинати та випромінювати світло від лазера або набагато швидше, або набагато повільніше порівняно з одним атомом, залежно від інтенсивності лазера. Ці процеси, які називаються надвипромінюванням і субвипромінюванням, і їх основну фізику все ще погано вивчені через велику кількість взаємодіючих квантових частинок.
«Нам вдалося відслідковувати та контролювати квантово-механічні взаємодії світла та матерії на нанорозмірі », — каже співавтор Джунхі Чой, колишній постдокторант Каліфорнійського технологічного інституту, який зараз є доцентом Стенфордського університету.
Хоча дослідження в першу чергу є фундаментальним і розширює наше розуміння таємничого світу квантових ефектів, це відкриття має потенціал одного дня допомогти прокласти шлях до більш ефективної квантової пам’яті, в якій інформація зберігається в ансамблі міцно пов’язаних атомів. Фараон також працював над створенням квантового накопичувача, маніпулюючи взаємодією кількох атомів ванадію.
«Крім пам’яті, ці експериментальні системи дають важливу інформацію про розвиток майбутніх зв’язків між квантовими комп’ютерами», — каже Мануель Ендрес, професор фізики та дослідник Розенберга, який є співавтором дослідження.
