W najnowszych badaniach, opublikowanych w „Nature Communications”, naukowcy z zespołu Eliota A. Bohra prezentują eksperymentalne potwierdzenie progowego charakteru emisji superradiacyjnej, który jest kluczowy dla odczytu stanów atomowych w technologii kwantowej. Skupiając się na atomach strontu umieszczonych w optycznym rezonatorze, zespół zastosował technikę pomiaru Ramsey’a, która wykorzystuje serię impulsów świetlnych do manipulowania i odczytywania stanów kwantowych atomów.
Badanie rozpoczęło się od schłodzenia chmury atomów strontu do temperatury 2 µK za pomocą pułapki magneto-optycznej. Następnie atomy umieszczono w głównym trybie rezonatora optycznego, co pozwoliło na szczegółową kontrolę nad ich stanami. Głównym celem eksperymentu było zbadanie, jak sub- i superradiacyjność – dwa różne stany emisji światła przez zespoły atomów – mogą być wykorzystane do szybkiego i efektywnego odczytywania informacji kwantowej.
Wykorzystując impulsy świetlne o różnej długości, naukowcy mogli precyzyjnie regulować stan energetyczny atomów, co było kluczowe dla osiągnięcia superradiacji – stanu, w którym atomy emitują światło w sposób znacznie bardziej intensywny i skoordynowany niż w przypadku normalnej emisji. Po przekroczeniu określonego progu energetycznego, atomy zaczęły emitować światło superradiacyjne, co umożliwiło naukowcom szybkie i precyzyjne odczytywanie ich stanów.
Kolejnym krokiem w badaniu było wykorzystanie tego zjawiska w schemacie pomiarowym Ramsey’a, który pozwala na jeszcze bardziej szczegółowe badanie różnic fazowych między stanami atomów. Rezultaty eksperymentów potwierdziły, że stan superradiacyjny można wykorzystać do zwiększenia efektywności i szybkości odczytu stanów kwantowych atomów, co ma kluczowe znaczenie dla rozwoju przyszłych technologii kwantowych, takich jak ultraprecyzyjne zegary atomowe czy zaawansowane systemy nawigacyjne.
Eksperymenty te otwierają nowe możliwości w dziedzinie kwantowej metrologii i mogą znacząco wpłynąć na rozwój technologii kwantowych, oferując szybsze i bardziej niezawodne metody odczytu informacji kwantowej.
Źródło: Nature
