Американские исследователи нашли способ удерживать атомы в возбужденном состоянии примерно на 10% дольше обычного. Для этого они создали плотный низкоэнергетичный газ, в котором частицы практически не взаимодействовали друг с другом, а возвращение атома из возбужденного состояния в основное было запрещено принципом Паули. Метод можно использовать для улучшения сетей квантовой связи и атомных часов. Статья опубликована в журнале Science.
При поглощении энергии квантовые системы, такие как атомы, переходят в возбужденное состояние, связанное с переходом электронов на более высокие энергетические уровни. Со временем атомы возвращаются к своему основному состоянию, испуская энергию в виде электромагнитного излучения. Скорость этого перехода зависит от среды и внутренних свойств атома. Исследователи из института JILA нашли новый способ задерживать атомы в возбужденном состоянии. Результаты исследования могут применяться в квантовой инженерии, в том числе для защиты кубитов в квантовых коммуникационных сетях и повышения стабильности атомных часов.
Метод основан на принципе исключения Паули, согласно которому идентичные фермионы (частицы с полуцелым спином, такие как электроны) не могут одновременно находиться в одном и том же квантовом состоянии. Таким образом, если возбужденных фермионов очень много, некоторые из них не могут вернуться на основной уровень, так как могут оказаться в том же квантовом состоянии, что и их сосед.
Ученые создали систему, содержащую очень холодный (а следовательно — низкоэнергетический) газ, состоящий из частиц с малой массой и высокой концентрацией, — ферми-газ. В таких низкотемпературных газах все свойства атомов ограничены определенными значениями и атомы практически не взаимодействуют друг с другом.
Исследователи возбуждали атомы синим светом, а затем регистрировали их излучение, сопровождающее переход из возбужденного состояния в основное. Команде удалось подобрать условия, при которых атом оставался в возбужденном состоянии в среднем на 10% дольше обычного. По словам исследователей, в будущих экспериментах с использованием различных уровней энергии и более плотных и холодных газов возбужденные состояния могут сохраняться еще дольше или даже полностью блокироваться.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Facebook и Twitter.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
