Klatka świetlna może przyspieszyć prace nad urządzeniami i sieciami kwantowymi

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Hybrydowa fotonika kwantowa to szybko rozwijający się dział badań nad integracją różnych systemów optycznych w miniaturowych urządzeniach. Jednym z obszarów badań są prace nad urządzeniami, które kontrolują, przechowują i odczytują stany kwantowe światła przechowywane w pojedynczych atomach. Zwykle efekt ten uzyskuje się integrując fotonikę wraz ze zminiaturyzowanymi komórkami zawierającymi gorące pary atomów alkalicznych.

Metoda taka ma jednak liczne ograniczenia, jak nieefektywny czas wypełniania komórek parami czy duża utrata informacji kwantowej w pobliżu powierzchni komórek.

Flavie Davidson-Marquis i jej koledzy z Uniwersytetu Humboldta w Berlinie pokonali te ograniczenia, tworząc na układzie scalonym klatkę świetlną zintegrowaną z komórką, w której znajduje się gorąca para atomów alkalicznych. Klatka stworzona została za pomocą niezwykle precyzyjnej laserowej nanodrukarki 3D. Ma kształt rury o średnicy około 24 mikrometrów i stworzona jest z szeregów dielektrycznych cylindrów ułożonych w heksagonalny wzór wokół pustego środka.

W przeciwieństwie do wcześniej używanych falowodów, dostęp do tej struktury możliwy jest z boku, dzięki czemu atomy mogą rozprzestrzenić się w niej w ciągu minut. Ponadto klatka została pokryta aluminiowym nanofilmem, dzięki czemu możliwe jest precyzyjne dopasowanie częstotliwości światła do wykorzystanych atomów. Dodatkowo pokrycie chroni polimerowy cylinder klatki przed uszkodzeniem przez alkaliczne opary.

Podczas eksperymentów, w których użyto atomów cezu, zaobserwowano pojawienie się elektromagnetycznie indukowanej przezroczystości (EIT) wewnątrz klatki. To użyteczne zjawisko kwantowo-optyczne, do którego dochodzi, gdy pod wpływem promienia lasera w nieprzezroczystych oparach pojawia się przezroczyste okienko, przez które może przejść światło o specyficznej długości fali. EIT pozwala też na „przechowywanie” sygnałów świetlnych w takich oparach.

Twórcy urządzenia zwracają uwaę, że jest ono długoterminowo stabilne, łatwo integruje się je na współczesnej elektronice, można je łatwo produkować za pomocą druku 3D. Może być łączone z innymi urządzeniami na krzemie oraz ze światłowodami.

W przyszłości powinno być możliwe wykorzystanie urządzeń EIT do tworzenia szerokiej gamy przezroczystych okienek w oparach, co z kolei pozwoli na stworzenie niezwykle kompaktowych układów pamięci czy systemów kontrolujących czas dotarcia fotonów w sieciach kwantowych. Tego typu urządzenia mogą być przełącznikami optycznymi, kwantowymi pamięciami czy kwantowymi wzmacniaczami.

Szczegółowy opis urządzenia znajdziemy na łamach Light: Science and Applications.

« powrót do artykułu