Zatrzymać światło

Aby zatrzymać najszybszą rzecz we wszechświecie, uczeni uczestniczących w projekcie SLICA (Stationary light in cold atoms), finansowanym ze środków UE, badali możliwości wykorzystania elektromagnetycznie wymuszonej przezroczystości (EIT). Technika ta umożliwia uczynienie systemu kwantowego, w normalnych warunkach nieprzezroczystego dla wiązki laserowej, przezroczystym w wąskim paśmie częstotliwości.

Dzięki zastosowaniu wiązek laserowych o przeciwnej propagacji technika EIT umożliwia naukowcom z projektu SLICA kontrolowanie propagacji światła wewnątrz optycznie stymulowanych ośrodków oraz uzyskanie nieruchomych impulsów świetlnych (SLP) w ośrodku złożonym z zimnych atomów. W przeciwieństwie do dobrze znanego zjawiska magazynowania światła, w przypadku którego podczas magazynowania nie jest obecne żadne światło, SLP umożliwia skuteczne zatrzymanie impulsów świetlnych. Pierwsze doświadczenie demonstrujące SLP przeprowadzono ponad dziesięć lat temu w gorącym gazie złożonym z atomów rubidu.

Trudniej było natomiast uzyskać SLP w ośrodku zimnym. Wynika to w szczególności z tego, że koherencja atomów o wysokich częstotliwościach ma szkodliwy wpływ na transmisję światła naturalnie hamowanego w gorącym ośrodku.

Wyniki analizy przeprowadzonej przez badaczy pokazują jednak, że zjawiska te można radykalnie ograniczyć w ośrodku zimnych atomów poprzez zmniejszenie szerokości okna przezroczystości EIT poniżej typowych przesunięć dopplerowskich. Zmniejszenie okna przezroczystości EIT poskutkowało wydłużeniem czasu oddziaływania impulsów świetlnych z atomami.

Aby móc w przyszłości zastosować optykę nieliniową na poziomie kilku fotonów przy pomocy SLP, naukowcy z projektu SLICA zademonstrowali także efektywne umieszczanie zimnych atomów we włóknie o pustym rdzeniu. W takim systemie atomy i fotony są ściśle upakowane w makroskopowych odległościach, co powoduje powstanie silnego sprzężenia między światłem i materią, tj. uzyskanie silnych nieliniowości optycznych.

Omawiane prace prowadzone były nie tylko z myślą o badaniach naukowych, ale również zastosowaniach praktycznych SLP. Należy do nich między innymi wykorzystanie SLP do całkowicie optycznego przetwarzania i magazynowania informacji w komputerach kwantowych.

Projekt SLICA przyczynił się do rozwoju opartej na EIT manipulacji propagacją światła.