• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    När kalla atomer möter nano:En trådbunden kvantnod

    Använda matriser med kalla cesiumatomer runt en nanofiber, forskare vid Kastler Brossel Laboratory har rapporterat det första trådbundna intrasslade tillståndet av atomer och förmågan att läsa denna kvantsuperposition som en guidad enda foton. Kredit:Kastler Brossel Laboratory.

    Fysiker vid Kastler Brossel -laboratoriet i Paris har nått en milstolpe i kombinationen av kalla atomer och nanofotonik. Använda fiberadresserbara atomer, de har skapat det första trådbundna atomtrasslade tillståndet som kan lagras och senare läsas ut som en guidad enda foton.

    Integrationen av kalla atomer med nanoskopiska vågledare har väckt stort intresse de senaste åren, föder ett blomstrande forskningsområde som kallas vågledarkvantelektrodynamik. Sådana integrerade plattformar håller löften om bättre skalbarhet och meriter än friutrymmeimplementeringar, vilket så småningom kommer att leda till on-chip-teknik för ett framtida kvantinternet. Denna kombination kan vara en ny gräns för atom-foton fysik. Än så länge, de experimentella framstegen har varit begränsade på grund av den mycket utmanande kombinationen av dessa två världar.

    I journalen Natur , Professor Julien Laurat och hans kollegor vid Sorbonne University rapporterar att de har använt ett atomregister bestående av en kedja av individuella cesiumatomer som är tätt instängda längs en nanoskala vågledare. I denna konfiguration, de kunde generera och lagra en enda atomisk excitation, som i ett kvantminne, och därefter läsa upp den i form av en guidad enkel foton.

    I experimentet, nanowaveguiden är tillverkad av en kommersiell fiber av vilken diametern lokalt har reducerats till 400 nanometer. Med tanke på fiberns diameter, en stor bråkdel av ljuset färdas utanför nanofibern i ett evanescent fält, som är starkt fokuserad längs 1 centimeter. Detta fält gör att 2000 kalla atomer kan fångas runt 200 nm från nanofiberytan. "Detta är en mycket kraftfull teknik för att fånga kalla atomer och interagera med dem via en fiber, "säger Jérémy Raskop, en doktorand som deltar i detta experiment. "Denna infångningsteknik utvecklades för några år sedan, men att driva systemet för att göra en kvantanordning var en stark utmaning. "

    Bild på en optisk nanofiber (i rött) inuti en vakuumkammare. Matriser med enskilda kalla atomer kan fångas runt fibern - cirka 200 nanometer från ytan - och adresseras via det guidade ljuset. Dessa "fiberade atomer" erbjuder en integrerad plattform för kvantinformationsnätverk och för vågledare-QED-undersökningar. Kredit:Kastler Brossel Laboratory– N.V. Corzo.

    Initialt, alla fångade atomer i registret förbereds på en energinivå. Sedan, en svag skrivpuls som belyser fibern inducerar spridning. Upptäckten av en enda foton inuti fibern varslar skapandet av en enda kollektiv excitation som delas av hela atomkedjan. För att hämta den lagrade informationen, en extern läspuls skickas till atomensemblen. Atom-vågledarkopplingen möjliggör då effektiv överföring av den enda excitationen till en fiberfiber enkel foton. Prestandan ligger redan över de kända operativa riktmärkena för realisering av kvantnätverkets primitiv.

    "Detta arbete är en viktig milstolpe för det nya vågledar-QED-fältet eftersom denna förmåga tar det in i kvantregimen, säger Neil Corzo, en Marie Curie postdoktor och huvudförfattaren till studien. "Vår enhet kan hitta applikationer för kvantnät eftersom vårt experiment nu erbjuder en trådbunden kvantnod. Dessutom, vår demonstration öppnar en väg för nya studier mot icke-linjär kvantoptik och kvantkroppsfysik i detta endimensionella system. "

    Denna demonstration följer andra verk som Laurats grupp har gjort de senaste åren, inklusive den första demonstrationen av stoppat ljus i en optisk fiber eller förverkligandet av rekordstort effektivt kvantminne för säker lagring.

    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com