La luce è cambiata in materia, quindi si è fermata e spostata

Convertendo la luce in materia e poi di nuovo indietro, i fisici hanno per la prima volta fermato un impulso di luce e poi riavviato a una piccola distanza di distanza. Questo “trucco magico meccanico quantistico” fornisce un controllo senza precedenti sulla luce e potrebbe avere applicazioni nella comunicazione in fibra ottica e nell’elaborazione delle informazioni quantistiche.La professoressa dell’Università di Harvard Lene Hau spiega come ferma la luce in un posto, poi la recupera e la accelera in un posto completamente separato. (Foto: Justin Ide / Harvard News Office) Nelle reti quantistiche, le informazioni trasmesse otticamente sulla rete vengono convertite in materia, elaborate e quindi convertite in luce. I fisici dell’Università di Harvard sperano che la loro scoperta potrebbe fornire un modo possibile per farlo, dal momento che la materia, a differenza della luce, può essere facilmente manipolata. I loro risultati sono stati pubblicati questa settimana sulla rivista Nature.
“Dimostriamo che possiamo fermare un impulso di luce in una nube di sodio supercooled, memorizzare i dati contenuti al suo interno, e totalmente spegnerlo, solo per reincarnare l’impulso in un’altra nube due decimi di millimetro di distanza,” ha detto Lene Vestergaard Hau, Mallinckrodt Professore di Fisica e di Fisica applicata presso la Facoltà di Arti e Scienze di Harvard e School of Engineering and Applied Sciences.
In un “trucco magico meccanico quantistico” ideato dai fisici dell’Università di Harvard, un impulso di luce si spegne in una nube di atomo ultracold (viola), convertita in materia e poi rianimata in un’altra prima di poter uscire dalla seconda nube nel suo stato originale. (Immagine per gentile concessione di Sean R. Garner) Questo segna un’altra pietra miliare per Hau nella manipolazione della luce. Nel 1998, ha rallentato la luce, che viaggia nello spazio libero ad una velocità di 186.000 miglia al secondo, a soli 38 miglia all’ora in una nuvola di atomi ultracold. Einstein e altri hanno teorizzato che la velocità della luce nello spazio libero non può essere cambiata. Due anni dopo, ha smesso di luce completamente in una nuvola simile, poi riavviato senza cambiare le sue caratteristiche. Ha ricevuto un Fellowship 500,000 MacArthur Foundation Fellowship (la cosiddetta “genius grant”) per questi esperimenti.
Nel suo ultimo lavoro, Hau e i suoi coautori, Naomi S. Ginsberg e Sean R. Garner, ha scoperto che l’impulso di luce può essere rianimato e le sue informazioni trasferite tra le due nuvole di atomi di sodio, convertendo l’impulso ottico originale in un’onda di materia viaggiante che è una copia esatta della materia dell’impulso originale, viaggiando ad un ritmo simile alla melassa di 200 m (600 ft) all’ora. L’impulso di materia viene prontamente riconvertito in luce quando entra nella seconda delle nuvole super raffreddate-note come condensati di Bose-Einstein-ed è illuminato con un laser di controllo.

“I condensati di Bose-Einstein sono molto importanti per questo lavoro perché all’interno di queste nuvole gli atomi diventano bloccati in fase, perdendo la loro individualità e indipendenza”, ha detto Hau. “La natura lock-step degli atomi in un condensato di Bose-Einstein rende possibile che le informazioni nell’impulso di luce iniziale siano replicate esattamente all’interno della seconda nuvola di atomi di sodio, dove gli atomi collaborano per rianimare l’impulso di luce.”
All’interno di un condensato di Bose-Einstein a una nuvola di atomi di sodio raffreddati a soli miliardesimi di grado sopra lo zero assoluto a un impulso di luce viene compresso di un fattore di 50 milioni, senza perdere nessuna delle informazioni memorizzate al suo interno. La luce spinge alcuni dei circa 1,8 milioni di atomi di sodio della nube a entrare in stati di” sovrapposizione quantistica”, con una componente a bassa energia che rimane ferma e una componente a più alta energia che viaggia tra le due nuvole.Diagramma che mostra la linea del tempo per la ricerca di Harvard. (Immagine gentilmente concessa da Naomi S. Ginsberg, Sean R. Garner e Lena V. Hau) L’ampiezza e la fase dell’impulso luminoso fermato e spento nella prima nube sono impressi in questa componente viaggiante e trasferiti alla seconda nube, dove le informazioni ricatturate possono ricreare l’impulso luminoso originale.
Il periodo di tempo in cui l’impulso di luce diventa materia e l’impulso di materia è isolato nello spazio tra le nuvole di condensa, potrebbe offrire a scienziati e ingegneri una nuova finestra allettante per il controllo e la manipolazione delle informazioni ottiche; i ricercatori non possono ora facilmente controllare le informazioni ottiche durante il suo viaggio, se non per amplificare il segnale per evitare lo sbiadimento. Il nuovo lavoro di Hau e dei suoi colleghi segna la prima manipolazione riuscita di informazioni ottiche coerenti.
“Questo lavoro potrebbe fornire un anello mancante nel controllo delle informazioni ottiche”, ha detto Hau. “Mentre la materia viaggia tra i due condensati di Bose-Einstein, possiamo intrappolarla, potenzialmente per minuti, e rimodellarla change cambiarla in in qualsiasi modo vogliamo. Questa nuova forma di controllo quantistico potrebbe anche avere applicazioni nei campi di sviluppo dell’elaborazione delle informazioni quantistiche e della crittografia quantistica.”
Questa ricerca è stata sostenuta dall’Air Force Office of Sponsored Research, dalla National Science Foundation e dalla NASA.
Per ulteriori informazioni, visitare il sito: www.Harvard.edu

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