Физики сохранили короткий фильм на парах атомов

Хранение закодированных с помощью света сообщений на пленках, компакт-дисках и голограммах довольно распространено. Но теперь световые сигналы могут быть сохранены как изображение на парах атомов при комнатной температуре.

Ученые из Объединенного института квантовой физики (JQI) сохранили две буквы алфавита в небольшой ячейке, наполненной атомами рубидия, которые смогли абсорбировать и позже переизлучить сообщение по требованию. Впервые два изображения одновременно были надежно сохранены в газообразной среде и затем воспроизведены.

По сути, это первый записанный и воспроизведенный атомный фильм. Новый процесс сохранения разработал Поль Летт (Paul Lett) и его коллеги. Он может быть использован для хранения и обработки квантовой информации, что требует сохранения когерентности и изоляции от внешней среды.

Атомная среда хранения представляет собой узкую ячейку около 20 см длиной, что кажется довольно крупным для квантового устройства. Это потому, что квантовый процесс, называемый градиентной эхо-памятью (gradient echo memory, GEM), требует достаточно большого пространства.

Изображение сохраняется в любом отдельном месте ячейки в зависимости от того, подвергаются ли эти атомы в этом месте воздействию тщательно согласованных полей: полю информационного светового сигнала, управляющему полю лазера и магнитному полю, заставляющем прецессировать атомы рубидия. Когда изображение поглощается атомами в ячейке, управляющий луч выключается. Этот процесс требует одновременного воздействия двух фотонов – один переводит атом в возбужденное состояние, другой переводит его обратно в несколько измененное основное состояние, поэтому это состояние не может быть легко разрушено случайными излучениями фотонов другими атомами.

Вот почему изображение удается сохранить. Воспроизведение образа происходит с помощью в некотором смысле обратного процесса. Магнитное поле опрокидывается в противоположное направление, управляющий луч включается снова, и атомы начинают прецессировать в противоположном направлении. В конечном счете атомы переизлучаю свет и реконструируют сохраненное изображение.

Сохранив одно изображение буквы (букву N), физики затем сохранили изображение буквы Т. Два «кадра» этого фильма, продолжительностью около микросекунды, были успешно воспроизведены.

Согласно Полю Летту, одна из самых больших трудностей при сохранении информации этим методом – это удержать атомы с сохраненным изображением от диффузии, иначе изображение размывается.

Первый автор опубликованной в Optics Express статьи Квентин Глоро (Quentin Glorieux) считает, что изобретенный способ хранения информации является потенциально важным дополнением для создания квантовых сетей, оборудования, которое использует квантовые эффекты для вычислений, коммуникаций и метрологии.

Установка для градиентной эхо-памяти. Образ, буква N кодируется лазерным лучом (розовый) и маской и проходит в ячейку хранения, заполненную атомами рубидия. Компоненты этого изображения поглощаются атомами, которые находятся под воздействием трех вышеупомянутых полей (управляющий луч показан зеленым цветом, магнитная катушка – коричневым, внутри катушки - ячейка). Сохраненное изображение может позже быть считано и наблюдаемо с помощью камеры CCD.