Будущие квантовые технологии, основанные на атомах, потребуют быстрых и надёжных способов считывания квантового состояния атома. Однако технические ограничения приводят 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.
Принцип работы
Обычно считывание состояния атома 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, он поглотит свет и затем излучит фотоны. Затем с помощью детектора фотонов можно определить состояние атома.
Скорость и точность такого считывания ограничены количеством фотонов, которые атом излучает за определённое время, находясь в «светлом» состоянии.
Инновационный подход
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 увеличило скорость излучения атома благодаря явлению, известному как эффект Перселла.
Исследователи зарегистрировали до 18 миллионов фотонов в секунду, в то время как в предыдущих экспериментах их количество не превышало нескольких миллионов. 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.