Эксперимент начинается с охлаждения облака примерно из 200 000 атомов рубидия до температуры 0,43 микрокельвина (это чуть выше абсолютного нуля, что соответствует минус 273 градусам Цельсия). Атомы удерживаются в оптической дипольной ловушке, созданной перекрестным наложением двух лазерных лучей. Облако облучается двумя световыми импульсами с интервалом 0,15 микросекунды.
Импульсы очень слабые, они содержат в среднем один или даже меньше фотонов. Первый импульс — так называемый стробирующий импульс — поглощается облаком. Если быть точным, он сохраняется как возбуждение атома, поскольку переводит один из атомов в высоковозбужденное ридберговское состояние. Само присутствие ридберговского атома приводит к сдвигу соответствующих энергетических уровней других атомов в облаке.
Следовательно, длина волны второго импульса — целевого импульса — больше не соответствует требованиям для возбуждения и блокируется. Другими словами, облако атомов действует как среда, которая при захвате одного фотона переключается из прозрачного в непрозрачный. Сохранение фотона может поддерживаться до тех пор, пока сохраняется состояние Ридберга, то есть около 60 микросекунд.Вся процедура основана на сложной комбинации ряда экспериментальных мер.
Например, прозрачность облака достигается применением управляющего лазера. «Чтобы уловить затворный фотон, мы используем так называемую технику медленного света», — объясняет доктор Стефан Дурр, руководитель эксперимента. «Когда фотон проходит через облако, он поляризует окружающую среду и замедляется до скорости 1000 км / ч. Как следствие, длина импульса сокращается до нескольких десятков микрометров, так что он полностью удерживается внутри облако в течение определенного временного окна. Если управляющий лазер выключить именно в этот период времени, импульс останавливается и полностью превращается в атомное возбуждение ».
Второй импульс подготовлен с поляризацией, которая не может быть связана с возбуждением атомов, которое было сохранено ранее. Это предотвращает считывание сохраненного фотона целевым импульсом. «Затем мы снова включаем управляющий лазер. Фотон с правильной поляризацией может извлечь фотон-затвор из облака.
Мы повторяем этот цикл каждые 100 микросекунд», — говорит Саймон Баур, который работает над экспериментом в качестве доктора. кандидат.В серии измерений ученые смогли доказать, что количество переданных целевых фотонов было уменьшено в 20 раз, если бы затворный фотон хранился в облаке раньше. «Наш эксперимент открывает новые перспективы в области квантовой информации», — резюмирует профессор Ремпе. «Однофотонный переключатель может предвещать успешное хранение квантовой информации.
Таким образом, время хранения может быть улучшено. И последнее, но не менее важное: новое устройство может стать первым шагом в разработке квантового логического элемента, ключевого элемента в квантовая обработка информации ».