Группа ученых Университета ИТМО создала теоретическую модель системы, в которой возможен режим сильной связи между фотонами и механическим движением атомов. Исследователи смогли показать, что такая система обладает необычными фазовыми переходами и нестандартной симметрией, которая нарушается в режиме сильного оптомеханического взаимодействия. В теории это может помочь в создании чипов памяти для будущих квантовых компьютеров.
Источник: shutterstock.com
Система представляет собой кольцевой волновод, в котором фотоны могут распространяться только по часовой стрелке. Над волноводом в оптических ловушках находятся атомы, которые не только взаимодействуют друг с другом посредством фотонов, но и совершают колебательные движения относительно их положений равновесия. Подобные системы изучались и в прошлом, однако такая кольцевая однонаправленная геометрия волновода и полноценный квантовый учёт колебаний атомов были рассмотрены впервые, что позволило получить новые и необычные результаты.
«Представим себе цепочку атомов, которые помещены в окрестность оптического волновода, по которому могут распространяться фотоны, ― рассказывает студент Нового физтеха Университета ИТМО Денис Седов, ― каждый атом представляет собой двухуровневую систему, то есть у него есть два состояния: основное и возбужденное. Атом может переходить из одного состояния в другое за счет поглощения фотона или его излучения. Такие системы могут найти своё применение в активно развивающейся области квантовых вычислений».
Ученые обнаружили наличие Z3-симметрии в системе с тремя атомами. Также в случае, когда над однонаправленным волноводом расположены два атома, оказалось, что рассмотренная модель эквивалентна известной и активно исследуемой в экспериментах квантовой модели Раби. Кроме того, в системе наблюдается квантовый фазовый переход 1-го рода.
«В режиме сильной оптомеханической связи основным состоянием рассматриваемой системы является многокомпонентный “кот Шрёдингера”, т.е. суперпозиция (наложение) разных классических состояний движения атомов, — рассказывает сотрудник физико-технического факультета Университета ИТМО Валерий Козин. — Такого рода “коты” могут использоваться для устойчивых к ошибкам протоколам хранения и обработки квантовой информации».
Информация предоставлена пресс-службой Университета ИТМО
Источник фото: https://physics.itmo.ru/
