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单光子同步激发双原子 反向也是可行的

2016-08-04 15:29
林契于宸
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  当两个原子被放置在一个由反射镜所包围的小腔体中时,它们可以同时吸收一个光子。一个国际合作研究小组的研究人员发现,这一过程的相反过程也是有可能实现的,即两个原子激发一个光子。根据这个研究团队,这个过程可以被用来在量子电路或计算机中传输信息。

  物理学家早就知道,一个原子可以同时吸收或发射两个光子。这些双光子,一个原子的过程被广泛用于光谱学和用于制作在量子器件中使用的纠缠光子。然而,在意大利墨西拿大学的合作者Salvatore Savasta怀疑两原子可以吸收一个光子。Savasta问他的博士生的时候,Luigi Garziano进行了模拟过程。Garziano的仿真结果表明,这种现象是可能的,Savasta听到这个消息后很兴奋。

  单个对两个?

  他们的模拟发现,当含有原子的光腔的谐振频率是单个原子的跃迁频率的两倍时,这种现象就发生了。例如,在一个空腔中,其谐振频率是原子跃迁的三倍,三个原子可以同时吸收或发射一个光子。光腔的尺寸是由这个谐振频率,这必须是一个驻波。根据研究人员的计算,两原子会来回振动的基态和激发态之间。事实上,原子将首先共同吸收光子,结束在他们的激发态,在共同发射一个单一的光子返回到他们的基态。循环将重复。此外,他们发现,联合吸收和发射可以发生在两个以上的原子上。

  量子开关

  一个双原子,一个光子的系统可以作为一个开关,在量子电路中传送信息,Savasta说。一个原子作为量子比特编码信息的基态和激发态的叠加。在空腔体之外传递信息,量子位元需要在腔体中传递的信息到光子。第二原子可以用来控制是否发送信息比特。如果第二原子的跃迁频率调谐到腔的共振频率的一半,两个原子可以共同吸收和发射一个单一的光子,这将包含要发送的编码信息。为了确保原子不重新吸收光子,通过施加外部磁场可以改变原子的谐振频率。

  Savasta的小组已经开始寻找在实验室实验产生的理论预测基础之上的合作者,即寻找实验可以用原子的进行实际的实验,Savasta计划使用人工原子:即拥有量子化的能级和类似原子状态特性的超导体粒子,但其跃迁能量可以由实验者更容易调整。此外,控制真正的原子涉及昂贵的技术,而人造原子可以廉价地在固态芯片上制造。“真实的原子只对原理实验的证明是好的,”他说。

  Savasta预计,他们的合作者将在一年内能够成功地进行实验。“我们认为,特别是如果使用超导量子比特,这个实验是在现有技术范围内较好的,”他说。

  据马克斯普朗克加兴量子光学研究所的Tatjana Wilk提醒道,她并没有参与这项研究,她说,原子的激发态对于实际的量子器件的应用可能不会持续足够长的时间。

 

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