الذرات شفافة لترددات معينة من الضوء

التأثير الملحوظ حديثًا يجعل الذرات شفافة لترددات معينة من الضوء

اكتشف الباحثون في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (Caltech) ظاهرة جديدة ، “الشفافية المستحثة بشكل جماعي” (CIT) ، حيث يمر الضوء دون عوائق عبر مجموعات من الذرات عند ترددات معينة. يمكن لهذا الاكتشاف تحسين أنظمة الذاكرة الكمومية.

تسمى الظاهرة المكتشفة حديثًا “الشفافية المستحثة بشكل جماعي” (CIT) ، حيث تتوقف مجموعات الذرات فجأة عن عكس الضوء عند ترددات معينة.

تم اختراع تقنية CIT عن طريق حشو ذرات الإيتربيوم في تجويف ضوئي – بشكل أساسي ، صندوق صغير للضوء – وتفجيرها بالليزر. على الرغم من أن ضوء الليزر يرتد عن الذرات إلى نقطة ما ، عندما يتم ضبط تردد الضوء ، تظهر نافذة شفافة يمر فيها الضوء ببساطة دون عوائق في التجويف.

يقول أندرو فاران من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (BS ’04) و William L. فالنتين ، أستاذ الفيزياء التطبيقية والهندسة الكهربائية والمؤلف المشارك لورقة بحثية عن الاكتشاف نُشرت في 26 أبريل في المجلة. طبيعة. “أصبح بحثنا في المقام الأول رحلة لاكتشاف السبب.”

يشير تحليل نافذة الشفافية إلى أنها نتيجة تفاعلات في التجويف بين الذرات ومجموعات الضوء. تشبه هذه الظاهرة التداخل المدمر ، حيث يمكن للموجات من مصدرين أو أكثر إلغاء بعضها البعض. تمتص مجموعات الذرات الضوء باستمرار وتعيد إرساله ، مما يؤدي عادةً إلى انعكاس ضوء الليزر. ومع ذلك ، عند تردد CIT ، يوجد توازن ناتج عن الضوء المعاد إرساله من كل ذرة في مجموعة ، مما يؤدي إلى تقليل الانعكاس.

قال المؤلف الرئيسي المشارك مي لي ، وهو طالب دراسات عليا في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا: “حقيقة أن مجموعة من الذرات مرتبطة بقوة بمجال بصري واحد يمكن أن تؤدي إلى نتائج غير متوقعة”.

تم تصنيع الرنان البصري ، الذي يبلغ طوله 20 ميكرونًا فقط ويتضمن ميزات أصغر من 1 ميكرون ، في معهد كافلي للعلوم النانوية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.

يقول طالب الدراسات العليا ريكوتو فوكوموري ، المؤلف الرئيسي المشارك للورقة البحثية: “باستخدام تقنيات القياس البصري الكمي التقليدية ، وجدنا أن نظامنا قد وصل إلى نظام غير مستكشف ، ويكشف عن فيزياء جديدة”.

بالإضافة إلى ظاهرة الشفافية ، لاحظ الباحثون أن مجموعات الذرات يمكن أن تمتص وتنبعث الضوء من الليزر.[{” attribute=””>atom depending on the intensity of the laser. These processes, called superradiance and subradiance, and their underlying physics are still poorly understood because of the large number of interacting quantum particles.

“We were able to monitor and control quantum mechanical light–matter interactions at nanoscale,” says co-corresponding author Joonhee Choi, a former postdoctoral scholar at Caltech who is now an assistant professor at Stanford University.

Though the research is primarily fundamental and expands our understanding of the mysterious world of quantum effects, this discovery has the potential to one day help pave the way to more efficient quantum memories in which information is stored in an ensemble of strongly coupled atoms. Faraon has also worked on creating quantum storage by manipulating the interactions of multiple vanadium atoms.

“Besides memories, these experimental systems provide important insight about developing future connections between quantum computers,” says Manuel Endres, professor of physics and Rosenberg Scholar, who is a co-author of the study.

Reference: “Many-body cavity quantum electrodynamics with driven inhomogeneous emitters” by Mi Lei, Rikuto Fukumori, Jake Rochman, Bihui Zhu, Manuel Endres, Joonhee Choi and Andrei Faraon, 26 April 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-05884-1

Coauthors include Bihui Zhu of the University of Oklahoma and Jake Rochman (MS ’19, PhD ’22). This research was funded by the Department of Energy, the National Science Foundation, the Gordon and Betty Moore Foundation, and the Office of Naval Research.