Недавно обнаруженный эффект делает атомы прозрачными для определенных частот света
Недавно открытое явление, получившее название «коллективно индуцированная прозрачность» (CIT), заставляет группы атомов резко перестать отражать свет на определенных частотах.
CIT был обнаружен путем удержания атомов иттербия внутри оптического резонатора — по сути, крошечной коробки для света – облучая их лазером. Хотя свет лазера будет отражаться от атомов до определенной точки, по мере регулировки частоты света появляется окно прозрачности, в котором свет просто беспрепятственно проходит.
«Мы никогда не знали, что такое окно прозрачности существует», — говорит Андрей Фараон из Калифорнийского технологического института, профессор прикладной физики и электротехники Уильяма Л. Валентайна и соавтор статьи об открытии.
Анализ окна прозрачности указывает на то, что оно является результатом взаимодействия в полости между группами атомов и светом. Это явление похоже на деструктивную интерференцию, при которой волны от двух или более источников могут компенсировать друг друга. Группы атомов постоянно поглощают и переизлучают свет, что обычно приводит к отражению света лазера. Однако на частоте CIT существует баланс, создаваемый переизлучением света каждым из атомов в группе, что приводит к падению отражения.
«Ансамбль атомов, сильно связанных с одним и тем же оптическим полем, может привести к неожиданным результатам», — говорит соавтор Ми Лей, аспирант Калифорнийского технологического института.
Оптический резонатор длиной всего 20 микрон и элементами размером менее 1 микрона был изготовлен в Институте нанотехнологий Кавли Калифорнийского технологического института.
«С помощью обычных методов измерения квантовой оптики мы обнаружили, что наша система достигла неизведанного режима, открывая новую физику» — говорит аспирант Рикуто Фукумори, соавтор статьи.
Помимо явления прозрачности, исследователи также заметили, что набор атомов может поглощать и излучать свет от лазера либо намного быстрее, либо намного медленнее по сравнению с одним атомом в зависимости от интенсивности лазера. Эти процессы, называемые сверхизлучением и субизлучением, и лежащая в их основе физика до сих пор плохо изучены из-за большого количества взаимодействующих квантовых частиц.
«Мы смогли отслеживать и контролировать квантово-механические взаимодействия света и материи на наноуровне» — говорит соавтор Джунхи Чой, бывший научный сотрудник Калифорнийского технологического института, а ныне доцент Стэнфордского университета.
Хотя исследование в первую очередь является фундаментальным и расширяет наше понимание таинственного мира квантовых эффектов, это открытие может однажды помочь проложить путь к более эффективной квантовой памяти, в которой информация хранится в ансамбле сильно связанных атомов. Фараон также работал над созданием квантового хранилища, манипулируя взаимодействием нескольких атомов ванадия.
«Эти экспериментальные системы дают важную информацию, необходимую для постройки квантовых сетей» — говорит Мануэль Эндрес, профессор физики и стипендиат Розенберга, который является соавтором исследования.
