Остановленный свет: как физики затормозили луч внутри облака атомов

В 1999 году группа Лене Хау замедлила свет до 17 метров в секунду в ультрахолодном натриевом газе, используя электромагнитно-индуцированную прозрачность (ЭИТ). В 2001 году две группы полностью остановили его — удерживая импульс внутри атомов, а затем выпустив его в неизмененном виде. Механизм основан на ЭИТ. «Связывающий» лазер вызывает квантовую интерференцию, которая делает иначе непрозрачное атомное облако прозрачным для «зондирующего» импульса. Та же интерференция делает облако чрезвычайно дисперсионным, поэтому групповая скорость импульса коллапсирует — примерно в двадцать миллионов раз медленнее, чем свет в вакууме, примерно со скоростью велосипеда. Чтобы полностью остановить импульс, связывающий луч выключается, пока импульс все еще находится внутри облака. В этот момент свет отображается на коллективную атомную спиновую когерентность — поляритон темного состояния, на языке Флейшхауэра и Лукина, — и оптическое поле исчезает. Остается не неподвижный свет, а узор, записанный в атомах. Включение обратного пучка связи восстанавливает оптический импульс, несущий исходную амплитуду и фазу. Результат Хау 2001 года был получен с использованием сверххолодного облака натрия; в том же году группа из Гарварда и Смитсоновского института под руководством Уолсворта и Лукина сделала это в теплом паре рубидия при температуре, близкой к комнатной, — показав, что эффект является общим, а не причудой экзотической холодной материи. В 2007 году группа Хау пошла дальше, сохранив импульс в одном облаке и считывая его из второго облака, расположенного примерно в 160 микрометрах от первого, перенося его через разрыв в виде медленной волны материи. Суть тонкости в том, что исходные фотоны поглощаются и исчезают. Сохраняется квантовая информация — форма и фаза импульса — копируется в материю и считывается обратно в виде новых фотонов. Именно это делает данное явление квантовой памятью и потенциальным строительным блоком для квантовых сетей. Открытый вопрос заключается в том, как долго такое сохраненное состояние может удерживаться с высокой точностью. РАЗДЕЛЫ 00:00 Холодное начало — свет, который так и не появился 00:18 Единственная скорость, которую нельзя превзойти 00:28 1999 — замедление света до 17 м/с 01:30 2001 — полная остановка света 02:32 Что на самом деле хранится 03:44 Был ли это когда-нибудь тот же самый свет? 04:47 Разрешение — он перестает быть светом ССЫЛКИ Hau, L. V., Harris, S. E., Dutton, Z. & Behroozi, C. H. (1999). Light speed reduction to 17 meters per second in an ultracold atomic gas. Nature, 397, 594–598. doi:10.1038/17561 Лю, Ч., Даттон, З., Бехрузи, Ч. Х. и Хау, Л. В. (2001). Наблюдение когерентного оптического хранения информации в атомной среде с использованием прерванных световых импульсов. Nature, 409, 490–493. doi:10.1038/35054017 Филлипс, Д. Ф., Фляйшхауэр, А., Мэйр, А., Уолсворт, Р. Л. и Лукин, М. Д. (2001). Хранение света в атомном паре. Physical Review Letters, 86, 783–786. doi:10.1103/PhysRevLett.86.783 Фляйшхауэр, М. и Лукин, М. Д. (2000). Поляритоны темного состояния в электромагнитно-индуцированной прозрачности. Physical Review Letters, 84, 5094–5097. doi:10.1103/PhysRevLett.84.5094 Гинсберг, Н. С., Гарнер, С. Р. и Хау, Л. В. (2007). Когерентное управление оптической информацией с помощью динамики волновых функций материи. Nature, 445, 623–626. doi:10.1038/nature05493 PHENOMICA рассматривает одно реальное явление в каждом эпизоде, простым языком, со ссылкой на оригинальные исследования. Подпишитесь, если хотите следить за обновлениями. #физика #квантоваяфизика #медленныйсвет #ЭИТ #квантоваяпамять