В Калифорнийском технологическом институте в Пасадене экспериментально реализован удивительный лазер на единственном атоме. Малыш принципиально отличается от обычных лазеров и обладает рядом уникальных свойств, что сделает его незаменимым при работе с квантовой информацией.
По мере миниатюризации электронных устройств, таких как транзисторы или лазеры, все более заметными становятся так называемые квантовые флуктуации, которые являются прямым следствием квантового соотношения неопределенностей Гейзенберга. На практике это приводит к возникновению принципиально неустранимых шумов и нестабильностей, ограничивающих возможности миниатюризации традиционных устройств. Тем более удивительны свойства одноатомного лазера, излучение которого оказалось даже более упорядоченным, нежели у обычных квантовых генераторов.
Любой лазер состоит из накачиваемой внешним источником энергии излучающей среды и оптического резонатора, например из двух полупрозрачных зеркал. Резонатор задает длину волны, на которой вынужденно излучают слабо связанные друг с другом возбужденные атомы среды. Лазерная генерация начинается, когда энергия накачки превысит потери в зеркалах и на спонтанное излучение атомов. В обычном лазерном луче тем больше шума, чем меньше возбужденных атомов.
В новом лазере охлажденный до температуры два милликельвина атом цезия помещается в миниатюрный оптический резонатор между двумя зеркалами и удерживается там лазерной ловушкой. Накачка осуществляется сразу двумя лазерами так, чтобы случайно не «вытолкнуть» атом. Резонатор настолько мал, что одного фотона достаточно, чтобы стимулировать вынужденное лазерное излучение пойманного атома. Устройство способно излучать фотоны один за другим с частотой до сотни килогерц.
Одноатомный лазер пока что способен работать лишь в течении десятых долей секунды (после чего выходит из строя), но зато у него отсутствует порог генерации и количество излучаемых фотонов гораздо более предсказуемо, чем у обычного лазера. Другими словами, одноатомный лазер значительно меньше шумит, а оптические свойства его луча почти идеальны. Хотя до практических приложений новинки еще далеко, свойства излучения одноатомного лазера делают его прекрасным источником для передачи квантовой информации в защищенных оптических линиях связи и в квантовых компьютерах.
версия для печати
другие статьи автора
оставить комментарий (0) 
