Последние новости науки

Хранение света в парах атомов Rb
Мы уже писали о недавних экспериментах по измерению скорости света в оптически-активных средах.

В конце января в СМИ появились сенсационные статьи с заголовками "Эксперимент посильнее "Фауста"", "Человечество на пороге создания "машины времени"", "Игра в замри со светом" и т.п.

Многие авторы комментариев используют термин "свет остановлен", подчеркивая, что это прямо противоречит постулатам теории относительности.

Ниже мы помещаем описание эксперимента (сокращенный вариант статьи В.Вьюркова из бюллетеня "ПерсТ" N1/2 2001) и комментарий академика В.Л.Гинзбурга (газета "Известия" N10, 23.01.2001).


Подробности из статьи в PRL

Недавняя работа сотрудников Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge (CША) вызвала явный ажиотаж в мире. Хотя их эксперимент явился вполне логичным продолжением предыдущих исследований, формулировка результата в том виде, что "свет остановлен и захвачен", конечно же, восхитила даже людей, далеких от науки. Мы, естественно, постараемся оценить достигнутое с позиций физики.

Вообще, о захвате и хранении светового импульса ПерсТ писал и ранее. Имелось в виду следующее. Фотоны генерируют электронно-дырочные пары в полупроводниковой структуре, которые затем растаскиваются встроенным электрическим полем в разные стороны, что препятствует их рекомбинации. Подавая напряжение на структуру, можно их опять собрать вместе и в результате рекомбинации "высвободить" свет. Но такой процесс не является когерентным, высвечиваемый импульс света может значительно отличаться от захваченного. В частности, полностью теряется вся информация, связанная с фазой волны.

Достижением американцев является то, что они впервые реализовали когерентный захват светового импульса, когда импульс света, отпущенный на волю, полностью идентичен захваченному. Именно это создает возможность использования этого эффекта для квантовой коммуникации, обеспечивающей связь между квантовыми системами, например, в квантовом компьютере. Фотоны уже давно считались наилучшими кандидатами на эту роль.

Используется пар атомов Rb с концентрацией 1011-1012 см-3 при температуре 70-900С. Рабочими являются два уровня основного состояния 5S1/2 |+> и |->, расщепленного в магнитном поле. Переходы между уровнем |+> и возбужденным уровнем 5P1/2 |e> осуществляются правополяризованной опорной (контролирующей) волной. Сигнальная левополяризованная волна осуществляет переходы между уровнями |-> и |e>. Сам сигнал выделяется из опорной волны с помощью быстродействующей ячейки Покельса, которая слегка вращает поляризацию, создавая левополяризованную компоненту. Мощности опорной и сигнальной волны соответственно 1мВт и 100мкВт. Длительность сигнала составляла от 10 до 30 мкс, что соответствует пространственной протяженности волны в вакууме несколько километров. Для выделения сигнала используется две четвертьволновые пластины и поляризационный делитель.


На рисунке представлены конфигурация атомных уровней (a), зависимость прозрачности среды от величины магнитного поля (b) и схема установки (c). Мощность опорной волны достаточна для того, чтобы вызывать интенсивные переходы между состояниями |+> и |e>, что обеспечивает для сигнальной волны окно фотоиндуцированной прозрачности (хорошо известный эффект нелинейной оптики) на частотах, близких к резонансной частоте перехода между уровнями |+> и |e>. Поскольку при этом диэлектрическая проницаемость среды имеет особенность, групповая скорость волны на резонансной частоте стремится к нулю. Реально она достигает 1км/с, что обеспечивает пространственное сжатие импульса на пять порядков величины. Подобное и раньше проделывалось в экспериментах. Авторы пошли дальше и осуществили когерентный захват сигнала. Они использовали акусто-оптический модулятор для плавного выключения в течение 3 мкс опорной волны в ячейке с парами рубидия, пока большая часть сигнальной волны находилась в ней. Таким образом, сигнальная волна переводилась в возбужденное состояние атомов Rb. При обратном включении опорной волны происходило высвечивание сигнального импульса. Возможное время удержания определяется временем нарушения когерентности указанных выше состояний атомов рубидия, экспериментальное значение этого времени составляет 150 мкс. Для его увеличения в пары рубидия добавляли гелий.

В прессе и на телевидении промелькнули заявления, что эксперимент американцев практически решает проблему квантовых компьютеров. Сами авторы не делают таких громких заявлений, они претендуют только на пространственное сжатие светового импульса с десятков километров до нескольких сантиметров и его удержание до 0.5 мс. Дальше, конечно, можно фантазировать, например, на основе атомов в микрорезонаторах.

В.Вьюрков

Источник: D.F.Philips, A.Fleischhauer, AMaier, R.L.Walsworth (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, US), M.D.Lukin (ITAMP, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, US). Phys.Rev.Lett. 2001, 86, p.783

Цитируется по http://perst.isssph.kiae.ru


Это лишь техническое достижение, в котором нет никакой мистики. Это так называемая групповая скорость света в остром резонансе. И эта не та скорость света, с которой можно передавать информацию. Никакого противоречия со специальной теорией относительности нет.

В.Л.Гинзбург



[ Предыдущее сообщение     Оглавление     Последующее сообщение ]



vlad@ssl.nsu.ru