Российские ученые разработали теоретическую модель системы, в которой возможен режим сильной связи между фотонами и механическим движением атомов. Исследователи показали, что в подобной системе есть необычные фазовые переходы и нестандартная симметрия, которая нарушается в режиме сильного оптомеханического взаимодействия. В будущем это может сыграть роль в разработке чипов памяти для квантовых компьютеров. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Система, с которой работали ученые, представляет собой волновод в форме кольца. Фотоны в нем могут распространяться только по часовой стрелке. Над волноводом в оптических ловушках находятся атомы, например, лития. Атомы в систему были пойманы с помощью специальной конфигурации электрического поля лазера, которая создает что-то вроде лунки для каждого атома, а сами эти лунки объединяются в гребенку. Пойманные атомы могут излучать и поглощать фотоны, причем каждый случай излучения или поглощения сопровождается отдачей. Атомы не только взаимодействуют друг с другом посредством фотонов, но и совершают колебательные движения относительно их положений равновесия из-за отдачи.
Похожие системы изучались ранее, но такие особенности исследования российских ученых, как кольцевая однонаправленная геометрия волновода и полноценный квантовый учет колебаний атомов, никогда раньше не рассматривались. Благодаря этому физики смогли получить новые и необычные результаты.
«Представим себе цепочку атомов, которые помещены в окрестность оптического волновода, по которому могут распространяться фотоны. Каждый атом представляет собой двухуровневую систему, то есть у него есть два состояния, основное и возбужденное. Атом может переходить из одного состояния в другое за счет поглощения фотона или его излучения. Такие системы могут найти своё применение в активно развивающейся области квантовых вычислений», — пояснил один из авторов исследования, студент Нового физтеха Университета ИТМО Денис Седов.
Ученые обнаружили, что когда под однонаправленным волноводом расположены два атома, то исследуемая модель эквивалентна широко изучаемой и используемой в экспериментах квантовой модели Раби. Но в своей работе физики от двух атомов над волноводом перешли к трем. Так они получили ранее неизвестную модель, которая обладала Z3-симметрией. Также ученые наблюдали в системе квантовый переход 1-го рода.
«В режиме сильной оптомеханической связи основным состоянием рассматриваемой системы является многокомпонентный “кот Шредингера”, то есть суперпозиция (наложение) разных классических состояний движения атомов. Такого рода “коты” могут использоваться для устойчивых к ошибкам протоколам хранения и обработки квантовой информации», — рассказал другой автор работы, сотрудник физико-технического факультета Университета ИТМО Валерий Козин.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
