"Медленный свет" - многообещающая перспектива для оптических средств связи

В ходе недавнего исследования, результаты которого опубликованы в издании Nature Photonics, создано миниатюрное устройство, встраиваемое в кремниевый чип, с помощью которого достигнута минимальная на сегодняшний день скорость распространения света по поверхности чипа. Устройство уменьшает скорость света в 1200 раз.

Способность контролировать световые импульсы на интегральной схеме — важнейший шаг на пути создания полностью оптических квантовых сетей связи с ультранизким потреблением энергии и высокой производительностью.

В то время как оптоволокно передает данные со скоростью света, маршрутизация и обработка данных до сих пор требуют преобразования световых сигналов в электронные. Полностью оптическая обработка данных потребует компактных, надежных устройств, которые способны задерживать, сохранять и обрабатывать световые импульсы.

Простейшим примером использования «медленного света» может быть буфер данных или настраиваемая задержка сигнала.

В основе устройства лежит эффект квантовой интерференции в парах рубидия внутри полого световода, встроенного в силиконовый чип. Работа основана на более раннем исследовании ученых, которое позволило выполнить атомную спектроскопию на базе микрочипа.

С помощью нескольких разных технологий свет удавалось затормозить до очень небольших скоростей и даже добиться полной его остановки на несколько сотых миллисекунды. Однако в прошлых экспериментах системы, основанные на квантовой интерференции, нуждались в низких температурах или лабораторных установках, слишком сложных для практического применения. В 2008 году сотрудники японской лаборатории разработали кремниевый чип, который способен снижать скорость световых импульсов в 170 раз. Этот чип обладает некоторыми преимуществами, однако квантовые эффекты он не вызывает.

Эти самые квантовые эффекты обеспечивают не только замедление световых импульсов, но и другие взаимодействия света и материи, которые увеличивают вероятность создания принципиально новых оптических устройств квантовых вычислительных и коммуникационных систем. Кроме того, такие системы позволят легко включать и выключать эффект и настраивать нужную световую скорость.

Управляющий лазер изменяет оптические свойства паров рубидия в световоде. Под воздействием двух лазерных полей управляющего и сигнального, электроны в атомах рубидия переходят в состояние когерентной суперпозиции двух квантовых состояний. Как ни странно это звучит, они пребывают в двух различных состояниях одновременно. Одним из последствий этого состояния является так называемый эффект электромагнитной индуцированной прозрачности, который и является ключом к созданию «медленного света».

Обычно пары рубидия полностью поглощают свет сигнального лазера. Однако при подключении управляющего лазера материал становится прозрачным. Световые импульсы не просто проходят через него, но и движутся при этом заметно медленней.

В ходе исследования впервые был продемонстрирован эффект электромагнитной индуцированной прозрачности и «медленный свет» на абсолютно автономном устройстве.

По словам авторов работы, потенциально устройство можно применять в создании полностью оптических переключателей, детекторов одиночных фотонов, квантовых запоминающих устройств и других многообещающих систем. Об этом сообщает Информнаука со ссылкой на EurekAlert!