Исследователи из Национального института стандартов и технологий представили новый подход к изучению взаимодействия атомов и света, что может помочь в разработке устойчивых квантовых систем. Это открытие имеет важное значение для развития квантовых технологий, включая быстрые вычисления и безопасную связь, и было опубликовано в журнале «Physical Review Letters» (PRL).
Взаимодействие между атомами и светом является основой физического мира, но его сложность затрудняет понимание и управление. В данной работе была исследована динамика взаимодействий в системах с многоуровневыми атомами, что может способствовать созданию устойчивых квантовых состояний.
Обычно ученые рассматривают атомы как системы с двумя уровнями: основным и возбужденным, однако в действительности атомы могут обладать несколькими уровнями, что делает систему более сложной. Команда, возглавляемая Аной Марией Рей и Джеймсом Томпсоном, исследовала взаимодействие атомов и света в системах с тремя энергетическими уровнями.
«Мы понимаем, что многоуровневая структура атомов может привести к новым физическим явлениям, необходимым для генерации запутанных состояний», — отметил соавтор исследования Сана Агарвал. Запутанные состояния критически важны для квантовых технологий, включая вычисления и безопасность связи.
В своем эксперименте ученые использовали атомы стронция, расположенные в одномерных и двумерных кристаллических решетках.
Исследовательская группа сосредоточила внимание на метастабильных уровнях энергии, обеспечивающих длительное нахождение атомов в запутанных состояниях даже во время отключения лазера.
Джеймс Томпсон заявил о намерении создать в лаборатории условия для перевода атомов в возбуждённое состояние, которое характеризуется долгоживущими свойствами.
Это позволит использовать переход с длиной волны 2,9 микрона, что значительно больше расстояния между атомами в оптической решетке, обеспечивая тем самым сильное и программируемое взаимодействие между атомами.
Команда также разработала модель, описывающую динамику этой системы, и в дальнейшем планирует исследовать более сложные многоуровневые системы с использованием атомов стронция, обладающих до 10 основных и возбужденных уровней.
Такие исследования открывают новые перспективы для создания программируемых квантовых систем и распределения запутанности.
Агарвал отметил, что шаги в направлении устойчивого поддержания запутанности являются значимыми для будущих квантовых технологий.
Эти разработки могут стать основой для дальнейшего прогресса в области квантовых вычислений и передачи информации.
Устойчивые квантовые состояния могут иметь широкий спектр приложений, включая создание более мощных и эффективных квантовых интерферометров, сенсоров и других устройств, которые могут революционизировать существующие технологии.
В конечном итоге, работа команды исследователей может привести к разработке совершенно новых методов управления квантовыми системами и расширению границ известной науки.
