6月 17, 2024

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新たに観測された効果により、原子は特定の周波数の光に対して透明になります

新たに観測された効果により、原子は特定の周波数の光に対して透明になります

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光共振器内でレーザーに衝突する原子のアーティストの概念。 クレジット: エラ マル スタジオ

集合的に誘導された透明性 (CIT) と呼ばれる新たに発見された現象により、原子のグループが特定の周波数で光の反射を突然停止します。

CIT は、イッテルビウム原子を光共振器 (本質的には小さな光の箱) 内に閉じ込め、レーザーで爆破することによって発見されました。 レーザー光は原子から一点に跳ね返りますが、光の周波数が調整されると、透明な窓が現れ、光は妨げられずに空洞を通過します。

カリフォルニア工科大学 (BS ’04) のアンドレイ・ファラオン (BS ’04) は、応用物理学および電気工学のウィリアム L. バレンタイン教授であり、4 月 26 日にジャーナルに掲載された発見に関する論文の共著者であると述べています。 自然. 「私たちの研究は、主にその理由を見つける旅になりました。」

窓の透明度の分析は、それが原子のグループと光の間のキャビティ内の相互作用の結果であることを示しています。 この現象は破壊的干渉に似ており、2 つ以上のソースからの波が互いに打ち消し合うことができます。 原子のクラスターは常に光を吸収して再放出するため、通常はレーザー光が反射されます。 ただし、CIT 周波数では、集合体の各原子から光が再放出されることによって平衡が生じ、反射率が低下します。

「同じ光場に強く結合している原子のグループは、予想外の結果をもたらす可能性があります」と、共同主執筆者であり、カリフォルニア工科大学の大学院生である Mei Li は述べています。

長さがわずか20μmで、1μm未満の機能を含む光共振器は、カリフォルニア工科大学のカブリナノ科学研究所で製造されました。

「従来の量子光学測定技術を通じて、私たちのシステムが未踏の領域に到達し、新しい物理学を明らかにしていることを発見しました」と、論文の共著者である大学院生の福森陸人は述べています。

透明性の現象に加えて、研究者は、レーザーの強度に応じて、原子のグループが単一の原子と比較して、レーザーからの光をはるかに速くまたははるかに遅く吸収して放出できることにも注目しています。 超放射と沈み込みと呼ばれるこれらのプロセス、およびそれらの基礎となる物理は、相互作用する多数の量子粒子のためにまだ十分に理解されていません。

「私たちは、光と物質の間の量子力学的相互作用をナノスケールで観察し、制御することができました。

この研究は主に基礎的なものであり、量子効果の神秘的な世界についての理解を深めるものですが、この発見は、情報が高度に結合した原子の配列に保存される、より効率的な量子メモリへの道を開くのに役立つ可能性があります。 ファロンはまた、複数のバナジウム原子の相互作用を操作することにより、量子ストレージの作成にも取り組みました。

「記憶に加えて、これらの実験システムは、量子コンピューター間の将来の通信の発展に重要な洞察を提供します」と、物理学教授であり、研究の共著者であるローゼンバーグ奨学生であるマヌエル・エンドレスは述べています。

詳しくは:
Mi Lei et al、駆動された不均一なエミッターを使用した複数キャビティ量子電気力学、 自然 (2023)。 DOI: 10.1038/s41586-023-05884-1

ジャーナル情報:
自然


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