Физики впервые в истории смогли накопить и переместить свет

Физики из Германии и Китая впервые осуществили запись и транспортировку света на расстоянии более миллиметра. Для этого ученые использовали в качестве памяти ансамбль холодных атомов рубидия. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Для построения систем квантовых коммуникаций необходим полный контроль над квантовой информацией: запись, сохранение и считывание. Коммуникация с использованием фотонов — это один из самых перспективных способов быстрой и секретной передачи информации. Для создания полноценной памяти необходимо уметь сохранять свет, перемещать его и извлекать из него информацию, что является трудными задачами.

Квантовая память для света на основе холодных атомов в качестве носителя информации потенциально имеет высокую эффективностью и когерентность, что делает ее хорошим решением для внедрения в сети квантовой коммуникации. Однако, до сих пор ученым не удавалось экспериментально показать процедуру хранения или транспортировки света с помощью холодных атомов.

Физики из Бэйханского и Майнцского университетов под руководством профессора Патрика Виндпассингера (Patrick Windpassinger) впервые осуществили контролируемый перенос накопленного света на расстояние более 1,2 миллиметра с помощью холодных атомов и показали, что такой перенос света практически не влияет на когерентные свойства системы.

Ранее эта научная группа разработала технологию для перемещения ансамбля холодных атомов в пространственной оптической ловушке, которая создается двумя лазерными лучами. Такой метод позволяет перемещать большое количество атомов и размещать их в нужном месте с высокой пространственной точностью. Важно, что процедура осуществляется без значительных потерь в количество атомов и не нагревает ансамбль.

Физикам удалось использовать этот метод для переноса атомных облаков рубидия-87, которые служили в качестве световой памяти. Световое возбуждение записывалось в атомы, перемещалось вместе с ансамблем и затем извлекалось в другой точке пространства. Расстояние транспортировки было ограничено несколькими миллиметрами из-за короткого времени хранения по сравнению со временем, необходимым для транспортировки ансамбля. Ученые надеются, что переход в другой частотный диапазон значительно улучшит время хранения.

Исследователи подчеркивают, что разработанную технологию можно масштабировать на большие расстояния, а также создать новые квантовые устройства, такие как оптические запоминающие машины или оптические квантовые регистры.