《電子技術(shù)應(yīng)用》
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單光子同步激發(fā)雙原子 反向也是可行的

2016-08-05

  當(dāng)兩個原子被放置在一個由反射鏡所包圍的小腔體中時,它們可以同時吸收一個光子。一個國際合作研究小組的研究人員發(fā)現(xiàn),這一過程的相反過程也是有可能實現(xiàn)的,即兩個原子激發(fā)一個光子。根據(jù)這個研究團隊,這個過程可以被用來在量子電路或計算機中傳輸信息。

  物理學(xué)家早就知道,一個原子可以同時吸收或發(fā)射兩個光子。這些雙光子,一個原子的過程被廣泛用于光譜學(xué)和用于制作在量子器件中使用的糾纏光子。然而,在意大利墨西拿大學(xué)的合作者Salvatore Savasta懷疑兩原子可以吸收一個光子。Savasta問他的博士生的時候,Luigi Garziano進行了模擬過程。Garziano的仿真結(jié)果表明,這種現(xiàn)象是可能的,Savasta聽到這個消息后很興奮。

  單個對兩個?

  他們的模擬發(fā)現(xiàn),當(dāng)含有原子的光腔的諧振頻率是單個原子的躍遷頻率的兩倍時,這種現(xiàn)象就發(fā)生了。例如,在一個空腔中,其諧振頻率是原子躍遷的三倍,三個原子可以同時吸收或發(fā)射一個光子。光腔的尺寸是由這個諧振頻率,這必須是一個駐波。根據(jù)研究人員的計算,兩原子會來回振動的基態(tài)和激發(fā)態(tài)之間。事實上,原子將首先共同吸收光子,結(jié)束在他們的激發(fā)態(tài),在共同發(fā)射一個單一的光子返回到他們的基態(tài)。循環(huán)將重復(fù)。此外,他們發(fā)現(xiàn),聯(lián)合吸收和發(fā)射可以發(fā)生在兩個以上的原子上。

  量子開關(guān)

  一個雙原子,一個光子的系統(tǒng)可以作為一個開關(guān),在量子電路中傳送信息,Savasta說。一個原子作為量子比特編碼信息的基態(tài)和激發(fā)態(tài)的疊加。在空腔體之外傳遞信息,量子位元需要在腔體中傳遞的信息到光子。第二原子可以用來控制是否發(fā)送信息比特。如果第二原子的躍遷頻率調(diào)諧到腔的共振頻率的一半,兩個原子可以共同吸收和發(fā)射一個單一的光子,這將包含要發(fā)送的編碼信息。為了確保原子不重新吸收光子,通過施加外部磁場可以改變原子的諧振頻率。

  Savasta的小組已經(jīng)開始尋找在實驗室實驗產(chǎn)生的理論預(yù)測基礎(chǔ)之上的合作者,即尋找實驗可以用原子的進行實際的實驗,Savasta計劃使用人工原子:即擁有量子化的能級和類似原子狀態(tài)特性的超導(dǎo)體粒子,但其躍遷能量可以由實驗者更容易調(diào)整。此外,控制真正的原子涉及昂貴的技術(shù),而人造原子可以廉價地在固態(tài)芯片上制造。“真實的原子只對原理實驗的證明是好的,”他說。

  Savasta預(yù)計,他們的合作者將在一年內(nèi)能夠成功地進行實驗。“我們認(rèn)為,特別是如果使用超導(dǎo)量子比特,這個實驗是在現(xiàn)有技術(shù)范圍內(nèi)較好的,”他說。

  據(jù)馬克斯普朗克加興量子光學(xué)研究所的Tatjana Wilk提醒道,她并沒有參與這項研究,她說,原子的激發(fā)態(tài)對于實際的量子器件的應(yīng)用可能不會持續(xù)足夠長的時間。


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