Будущие квантовые технологии, основанные на атомах, потребуют быстрых и надёжных способов считывания квантового состояния атома. Однако технические ограничения привели к тому, что современные методы часто оказываются слишком медленными, неточными или и то и другое одновременно.
Теперь Цзянь Ван и его коллеги из Китайского университета науки и технологий продемонстрировали метод считывания, который обеспечивает беспрецедентную скорость и точность. Ключевым нововведением этого подхода является техника усиления скорости излучения фотонов атомом.
Как работает считывание атомов
Обычно считывание атомов включает в себя облучение захваченного атома лазерным светом. Атом может находиться в одном из двух квантовых состояний: «тёмном» или «светлом». Если атом находится в «тёмном» состоянии, он не будет реагировать на свет. Но если он в «светлом» состоянии, то поглотит свет и затем излучит фотоны. Затем с помощью детектора фотонов можно определить состояние атома.
Скорость и точность этого считывания ограничены количеством фотонов, которые атом излучает за определённое время, находясь в «светлом» состоянии.
Эксперимент Цзянь Вана
Цзянь Ван и его коллеги поместили захваченный атом в оптическую версию эхо-камеры — так называемую микрополость Фабри-Перо. Резонансная частота этой структуры была настроена так, чтобы соответствовать частоте излучаемых атомом фотонов, что усилило скорость излучения атома благодаря явлению, известному как эффект Перселла.
Исследователи зарегистрировали до 18 миллионов фотонов в секунду, по сравнению с несколькими миллионами в предыдущих экспериментах. Благодаря этому улучшению команда достигла рекордной точности считывания (99,985% за 9 микросекунд) и рекордной скорости считывания (всего 200 наносекунд для точности 99,1%).
— Райан Уилкинсон
Райан Уилкинсон — ответственный редактор журнала Physics Magazine, базируется в Дареме, Великобритания.