Репортаж от Wedoany，Исследователи с физического факультета Вильнюсского университета (Литва) разработали теоретическую модель, позволяющую «предварительно программировать» атомы для изменения формы лазерных лучей, несущих кручение и поляризацию, используя только свет. Работа, выполненная магистрантом Дхармой Прасетья Пермана совместно с докторами Мaженой Мацкойт-Синкявичене, Юлиусом Русецкасом и Хамидом Резой Хамеди из Института теоретической физики и астрономии, открывает новые пути для безмагнитного управления структурным светом в квантовых технологиях. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review A.
Исследование команды сосредоточено на оптических вихрях — особых пучках света, структура которых закручивается при распространении. В отличие от водоворотов, где вращается вещество, оптические вихри представляют собой искажения структуры световой волны, чей волновой фронт образует спиралевидную форму. Интенсивность света в центре пучка падает до нуля, оставляя небольшое тёмное ядро, размер которого определяется величиной, называемой топологическим зарядом. Эта величина показывает, сколько полных оборотов совершает волновой фронт вокруг оси пучка. Нулевой топологический заряд означает отсутствие кручения; его увеличение делает структуру более выраженной — чем выше заряд, тем туже закрутка. Теоретически топологический заряд может принимать любые целые значения, как положительные, так и отрицательные, что делает оптические вихри привлекательными для кодирования информации, позволяя создавать до десяти тысяч различных состояний. Исследователи уже начали использовать такие световые вихри для построения передовых каналов квантовой связи. В отличие от кубитов, которые имеют только два состояния, оптические вихри позволяют кодировать информацию в квантовых состояниях более высокой размерности, называемых кудитами, что значительно увеличивает объём данных, переносимых одним фотоном.
Распространение света включает два способа управления: поляризацию и вихрь. Поляризация описывает направление колебаний волны, а вихрь — общую форму пучка. Когда учёные объединяют эти два понятия, они получают векторный вихрь — пучок света, обладающий одновременно структурным рисунком и колебательной модой. Чтобы управлять векторными вихрями и использовать их для продвинутой обработки информации, исследователи изучили, как такие пучки взаимодействуют с атомным газом, выбрав трёхуровневую атомную среду. Разработанная исследователями теоретическая модель демонстрирует, как эти атомы могут быть «предварительно запрограммированы» для изменения формы оптических векторных вихрей. Когда такой свет проходит через подготовленную атомную среду, атомы реагируют высокоструктурированным образом, наследуя пространственную моду света, образуя области сильного поглощения и области почти полной прозрачности. Это создаёт механизм обратной связи между светом и веществом: свет формирует отклик атомов, а отклик атомов, в свою очередь, изменяет свет. Пучок трансформируется по мере распространения, переходя от простого кольцевого распределения интенсивности к лепестковому узору, где свет концентрируется в нескольких ярких лепестках, расположенных вокруг центра, при этом поляризационная структура пучка также эволюционирует.
Данное исследование позиционирует предварительно запрограммированные атомы как мощный инструмент для управления светом, что имеет потенциальное значение для квантовых вычислений и высокоплотной передачи данных. Ранее для управления структурным светом таким способом требовались сложные и дорогие устройства с внешними магнитными полями, что ограничивало интеграцию систем. Предложенный метод является полностью оптическим: используя сам свет для «программирования» атомов, он устраняет необходимость в магнитных полях, предлагая более гибкий и масштабируемый способ управления взаимодействием света и вещества, закладывая основу для более быстрых квантовых процессоров, высокозащищённых сетей квантовой связи и чрезвычайно точных оптических датчиков.
Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com
