Ученые из Технологического Института Вены смогли перенаправить луч света между двумя оптическими кабелями при помощи одного атома. Результат эксперимента позволит использовать квантовое явление в информационных и коммуникационных технологиях. Оптические кабели попалив квантовую лабораторию: ученые пытаются создать оптический переключатель для манипулирования светом, размер которого будет наименьшим из возможных. Ученые их Технологического Института Вены смогли добиться этого при помощи одного атома. Известные нам кабели из стекловолокна могут соединяться при помощи мельчайших квантовых систем.
Свет в бутылке
Профессор Арно Рошенбьютель (Arno Rauschenbeutel) и его команда из Технологического Института Вены ловили частицы света стеклянным резонатором в форме бутылки. По поверхности этих выпуклых стеклянных объектов свет движется кругами. Если приблизить этот резонатор к стекловолокну, которое переносит свет, две системы соединяются, и свет движется от стекловолокна к резонатору и обратно. «Если периметр резонатора полностью совпадает с длиной волны, мы можем добиться того, чтобы свет от стекловолокна полностью переходил в стеклянный резонатор. Оттуда его можно перенести на другое стекловолокно», – объясняет Арно Рошенбьютель.
Атом рубидия в качестве переключателя света
Система состоит из волокна, по которому поступает свет, резонатора и волокна, которому передается свет, и является чрезвычайно чувствительной. «В результате взаимодействия атома рубидия с резонатором поведение системы может в значительной мере измениться», – говорит Рошенбьютель. Если свет начнет резонировать от воздействия атома рубидия, его можно сохранить в первоначальном волокне таким образом, что свет не попадет в стеклянный резонатор или к другому волокну. Таким образом, атом действует как переключатель света между первым и вторым стеклянным волокном.
Обе характеристики в одной: квантовый переключатель
В своей следующей работе ученые использовались то обстоятельство, что атом рубидия может иметь несколько квантовых состояний, только одно из которых взаимодействует с резонатором. Если атом занимает положение, в котором он не взаимодействует с резонатором, свет ведет себя так, словно атома не существует. Таким образом, в зависимости от квантового состояния атома, свет распределяется по одному из двух стекловолокон. Это дает возможность использовать некоторые из наиболее интересных явлений квантовой механики. «В квантовой физике объекты могут одновременно обладать несколькими квантовыми состояниями, – говорит Арно Рошенбьютель. – Можно сделать так, чтобы атом занимал разные состояния в одно и тоже время». Таким образом, каждый кабель из стекловолокна может находиться как в состоянии «света», так и в состоянии «без света».
Для домашнего переключателя такая ситуация была бы невозможна, однако «квантовый переключатель света» может с легкостью находиться в нескольких состояниях. «Было бы интересно узнать, могут ли более мощные лучи света также находиться в суперпозиции. Существуют точки, в которых обязаны сходиться квантовая и классическая физика», – говорит Рошенбьютель.
Квантовый переключатель может сыграть важную роль в квантовых информационных технологиях и квантовой коммуникации. «Мы намерены создать квантовую спутанность между светом и материей, – говорит Арно Рошенбьютель. – Для этого нам больше не понадобятся сложные приборы, которые встречаются только в лабораториях. Теперь мы можем добиться этого при помощи обычных стекловолоконных кабелей, которые доступны повсюду».