Tutkijat saavat atomit toimimaan fotonitransistoreina

Purduen yliopiston tutkijat ovat vanginneet alkaliatomeja (cesium) integroituun fotonipiiriin, joka käyttäytyy kuin transistori fotoneille.

"Kehitimme lasertekniikan atomien jäähdyttämiseen ja vangitsemiseen integroidussa nanofotonisessa piirissä, jossa valo etenee pienessä fotonisessa aaltoputkessa." selittää professori Chen-Lung Hung.

"Nämä atomit ovat jäätyneet 0,00002 astetta absoluuttisen nollalämpötilan yläpuolelle ja pysyvät olennaisesti paikallaan. Tässä kylmässä lämpötilassa atomit voidaan siepata "traktorisäteellä", joka on suunnattu fotoniseen aaltoputkeen ja sijoitetaan sen päälle valon aallonpituutta paljon lyhyemmälle, noin 300 nanometrin etäisyydelle. Tällä etäisyydellä atomit voivat olla erittäin tehokkaasti vuorovaikutuksessa fotoniaaltoputken sisällä olevien fotonien kanssa.

Ryhmän osoittaman toiminnan keskeinen näkökohta on, että atomikytketty mikrorengasresonaattori toimii fotonien "transistorina". He voivat käyttää loukkuun jääneitä atomeja porttimaan valon virtausta piirin läpi. Mitä vahvemmin atomit ovat vuorovaikutuksessa fotonien kanssa, sitä tehokkaampi portti on.

"Tämä on ainutlaatuista järjestelmällemme, koska kaikki atomit ovat samoja ja erottamattomia, joten ne voisivat kytkeytyä valoon samalla tavalla ja rakentaa faasikoherenssia, jolloin atomit voivat olla vuorovaikutuksessa valon kanssa kollektiivisesti vahvemmin", Xinchao Hung sanoo.

Tässä tutkimuksessa esitelty alusta voisi tarjota fotonisen linkin tulevaisuuden hajautettuun kvanttilaskentaan, joka perustuu neutraaleihin atomeihin.

"Toisin kuin jokapäiväisessä elämässä käytetyt elektroniset transistorit, atomikytketty integroitu fotonipiirimme noudattaa kvanttista superpositiota", Hung selittää. "Tämän avulla voimme manipuloida ja tallentaa kvantti-informaatiota loukkuun jääneisiin atomeihin, jotka toimivat sitten kubitteina.

Piiri voi myös siirtää tallennettua kvantti-informaatiota tehokkaasti fotoneiksi, jotka voivat "lentää" fotonilangan ja kuituverkon läpi kommunikoidakseen muiden kanssa. Työ osoittaakin potentiaalin rakentaa kvanttiverkko, joka perustuu kylmäatomiin integroituihin nanofotonisiin piireihin.

Ryhmä on työskennellyt tällä tutkimusalueella useita vuosia ja aikoo jatkaa sen parissa tieteellisesti kunnianhimoisin tavoittein.

He pyrkivät muun muassa rakentamaan ensimmäisen nanofotonisen alustan toteuttaa niin sanottu "selektiivinen radianssi", jota teoreetikot ovat ehdottaneet viime vuosina parantamaan kvanttijärjestelmän fotonien varastoinnin tarkkuutta.

He aikovat myös yrittää muodostaa uusia kvanttiaineen tiloja integroidulla fotonipiirillä tutkiakseen muutaman ja monen kappaleen fysiikkaa atomi- fotonivuorovaikutuksilla.

Aiheesta aiemmin:

Fotonioperaatiot sopivat yhä paremmin sirulle

Uusia ovia nanofotoniikan maailmaan