Продемонстрирована пересылка данных с применением сверхсветовых импульсов

Сотрудники подразделения квантовых измерений института NIST, использовав разработанную ими технологию «четырехволнового смешивания» (four-wave mixing) получили световые импульсы, распространяющиеся со сверхсветовой скоростью.

Поль Летт (Paul Lett) и его коллеги описали в докладе, который появится в следующем издании Physical Review Letters, как их метод генерирования «быстрого света» позволил импульсу проходить ячейку длиной 1,7 см на 50 нс быстрее чем если бы он распространялся в вакууме.

Принцип достижения сверхсветовых скоростей заключается в пропускании многомодового волнового пакета через нелинейную среду. Ее дисперсионные характеристики (зависимость фазовой скорости от частоты) вызывают изменение профиля пакета смещая пик вперед, в результате чего групповая скорость становится выше скорости света в вакууме. Соответственно, «медленный свет» получается при смещении пика назад.

В эксперименте ученые посылали в ячейку с нагретыми парами атомарного рубидия «затравочные» импульсы лазера наряду с импульсами «накачки» от лазера другой частоты. В нелинейной среде «затравочные» импульсы усиливались, а пик их сдвигался в сверхсветовую область. Одновременно, фотоны взаимодействовали со средой, генерируя второй импульс, названный «сопряженным» из-за его математической взаимосвязи с затравочным. Он мог распространяться как быстрее скорости света в вакууме, так и медленнее, в зависимости от настроек эксперимента.

Исследователи предложили схему, в которой медленный свет действует как управляемая линия задержки или среда хранения для квантовой информации. Быстрый сопряженный импульс, наблюдавшийся группой Летта, в таком случае может использоваться для предупреждения о поступлении информации (при условии, что быстрый свет сохранит квантовую когерентность). Ученые подчеркивают, что речь идет о раннем обнаружении информации, а не о передаче ее быстрее скорости света. Последнее невозможно в силу таких ограничений как принцип сохранения причинности в СТО.

Летт также продемонстрировал передачу изображения, пропуская затравочный луч через маску перед вводом его в ячейку. Четырехволновое смешивание усиливает оригинал и генерирует вторую картинку с коррелированными локальными интенсивностями и фазами.

В дальнейших планах группы – определение степени квантовой рассогласованности между коррелированными системами затравочного и сопряженного лучей. Эта работа позволит выяснить, насколько полезен быстрый свет может быть для передачи и обработки квантовой информации.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365