Stony Brook, USA
Publicerat: 20 november 2024, 10:00
Ett forskarteam vid Stony Brook University, ledda av Dominik Schneble, har upptäckt ett nytt tillstånd för samverkande strålningsfenomen, vilket ger ny insikt i ett 70 år gammalt problem inom kvantoptik. Studien, som publicerats i Nature Physics, beskriver tidigare okända effekter av kollektiv spontan emission i syntetiska atomstrukturer.
Bakgrund: Spontan emission och Dickes teori
Spontan emission inträffar när en exciterad atom övergår till ett lägre energitillstånd och avger en foton. R. H. Dicke föreslog 1954 att när en andra atom befinner sig nära den exciterade atomen, kan fenomenet antingen förstärkas (superradians) eller försvagas (subradians) beroende på atomernas fasrelationer.
Forskarteamet från Stony Brook använde ultrakalla atomer i en en-dimensionell optisk gitterstruktur som plattform för att studera dessa fenomen. Till skillnad från vanliga processer som emitterar ljusfotoner, avger deras system långsamma materievågor, vilket möjliggör studier av kollektiv emission i nya regimer.
Genombrott inom styrning av subradianta tillstånd
– ”Vi har lyckats manipulera subradianta tillstånd med oöverträffad precision. Vi kan stänga av spontan emission och följa var strålningen gömmer sig i systemet,” förklarar Schneble, medlem av Stony Brook’s Center for Distributed Quantum Processing (CDQP).
Forskarna demonstrerade riktad kollektiv emission och utforskade hur fördröjning påverkar super- och subradianta dynamiker i systemet.
Unikt system för studier av långsamma materievågor
Till skillnad från Dickes ursprungliga teori, där fotoner rör sig snabbt mellan atomer, använde forskarteamet materievågor som rör sig miljarder gånger långsammare än ljusfotoner. Detta gjorde det möjligt att studera hur emissioner utvecklas över tid och påverkar kollektiva dynamiker.
Teoretiska utmaningar och framtida möjligheter
Att följa långsam strålning i komplexa system är en stor utmaning, enligt medförfattaren Alfonso Lanuza, som liknar processen vid ett komplicerat spel där fotoner och atomer växelverkar genom att ”fånga och släppa” fotoner. Trots komplexiteten lyckades han utveckla matematiska lösningar för två emitterare med upp till två excitationer.
Implicationer för kvantteknologi
Upptäckten kan få betydelse för kvantinformationsvetenskap, särskilt för att utnyttja super- och subradians i kvantemitterar-arrayer kopplade till en-dimensionella vågledare. Resultaten etablerar ultrakalla materievågor som ett mångsidigt verktyg för att studera många-kropps-kvantoptik i strukturerade system.
Källa: Stony Brook University
Taggar: Kvantoptik, Materievågor, Superradians, Forskning, Kvantteknologi