Недавно обнаруженный эффект делает атомы прозрачными для определенных частот света.

Недавно открытое явление, называемое коллективно индуцированной прозрачностью (CIT), заставляет группы атомов внезапно перестать отражать свет на определенных частотах.

CIT был обнаружен путем удержания атомов иттербия внутри фоторезонатора — по сути, небольшого светового короба — и взрыва их лазером. Хотя лазерный свет будет отражаться от атомов в точку, при настройке частоты света появляется прозрачное окно, в котором свет просто беспрепятственно проходит через полость.

говорит Андрей Фараон (BS ’04) из Калифорнийского технологического института (BS ’04), профессор прикладной физики и электротехники Уильяма Л. Валентайна и соавтор статьи об открытии, опубликованной 26 апреля в журнале. природа. «Наше исследование стало в первую очередь путешествием, чтобы выяснить, почему».

Анализ прозрачности окна показывает, что это результат взаимодействия в полости между группами атомов и светом. Это явление похоже на деструктивную интерференцию, когда волны от двух или более источников могут компенсировать друг друга. Скопления атомов постоянно поглощают и переизлучают свет, что обычно приводит к отражению лазерного излучения. Однако на частоте CIT существует равновесие, вызванное переизлучением света от каждого атома в ансамбле, что приводит к уменьшению коэффициента отражения.

«Группа атомов, сильно связанных с одним и тем же оптическим полем, может привести к неожиданным результатам», — говорит соавтор Мей Ли, аспирант Калифорнийского технологического института.

Оптический резонатор длиной всего 20 мкм с элементами размером менее 1 мкм был изготовлен в Институте нанотехнологий им. Кавли Калифорнийского технологического института.

«Благодаря традиционным методам измерения квантовой оптики мы обнаружили, что наша система достигла неизведанного режима, раскрывая новую физику», — говорит аспирант Рикуто Фукумори, соавтор статьи.

Помимо явления прозрачности, исследователи также отмечают, что группа атомов может поглощать и излучать свет лазера либо намного быстрее, либо намного медленнее по сравнению с одним атомом в зависимости от интенсивности лазера. Эти процессы, называемые сверхизлучением и субдукцией, и их физика до сих пор плохо изучены из-за большого количества взаимодействующих квантовых частиц.

«Мы смогли наблюдать и контролировать квантово-механические взаимодействия между светом и веществом на наноуровне», — говорит соавтор Джунхи Чой, бывший научный сотрудник Калифорнийского технологического института, а ныне доцент Стэнфордского университета.

Хотя это исследование в первую очередь является фундаментальным и расширяет наше понимание загадочного мира квантовых эффектов, это открытие может однажды помочь проложить путь к более эффективной квантовой памяти, где информация хранится в массиве сильно связанных атомов. Фаррон также работал над созданием квантового хранилища, манипулируя взаимодействием нескольких атомов ванадия.

«Помимо памяти, эти экспериментальные системы дают важную информацию о развитии будущих коммуникаций между квантовыми компьютерами», — говорит Мануэль Эндрес, профессор физики и стипендиат Розенберга, соавтор исследования.