Свет, остановленный в оптоволокне, может стать оптической памятью будущего

Французские физики из лаборатории "Каслер Броссель" в Париже завершили своё исследование, в ходе которого им удалось остановить свет, идущий по оптоволокну, а затем вновь запустить его по требованию. Учёные заставили взаимодействовать частицы света и несколько тысяч атомов, их окружающих, и эта методика может лечь в основу инновационной технологии оптической памяти.

Статья, описывающая новый эксперимент, опубликована в журнале Physical Review Letters соавтором исследования профессором Жюльеном Лора (Julien Laurat) и его коллегами из университета Пьера и Мари Кюри. В этой статье учёные сообщают, что они разработали новый вид оптической памяти, интегрированной в оптическое волокно.

Для этого исследователи разработали и проверили способ остановки и сохранения света который, как правило, распространяется в волокне со скоростью около 200 тысяч километров в секунду. Поскольку оптоволокно является центральным связующим звеном всех современных телекоммуникационных технологий, новая возможность даёт шанс на серьёзные изменения в этих технологиях и развитие так называемых оптических коммуникаций.

Также новое исследование, по словам его авторов, даст толчок к развитию будущего квантового интернета, в котором квантовая информация может транспортироваться и синхронизироваться между взаимосвязанными коммуникационными узлами.

"Эта работа представляет демонстрацию концепции так называемой расслоенной оптической памяти. Предыдущие демонстрации были основаны на свободных ансамблях из атомов, а не на реализации волнового наведения, совместимого с уже используемыми сегодня волокнами", — рассказывает ведущий автор исследования и разработчик эксперимента Баптист Гуро (Baptiste Gouraud).

В основе эксперимента лежит довольно простое устройство — обычный имеющийся в продаже оптоволоконный кабель, у которого короткая секция удлинена до 400 нанометров. Эта модификация позволяет во время проведения опыта свету свободно взаимодействовать с облаком охлаждённых лазером атомов.

Используя так называемую методику электромагнитно-индуцированной прозрачности (EIT), исследователи замедлили световой импульс в три тысячи раз по сравнению с его изначальной скоростью распространения по оптоволокну. Затем пучок света удалось полностью остановить.

Информация, представленная лазерным импульсом, передалась атомам в виде коллективного возбуждения, спровоцировав так называемую квантовую суперпозицию. В процесс было вовлечено более двух тысяч атомов цезия, охлаждённых до температур, близких к абсолютному нулю. Это и обеспечило достаточную степень взаимодействия между фотонами (частицами света) и ультрахолодными атомами, чтобы вызвать остановку распространяемого света.

Затем, по прошествии определённого временного промежутка, свет был выпущен обратно в волокно. Первоначальная информация, им переносимая, восстановилась и теперь вновь может быть передана по оптоволоконному кабелю, рассказывается в пресс-релизе.

Пока что данный эксперимент представляет собой лишь доказательство работоспособности концепции. Учёные использовали довольно короткий кабель — длиной около одного километра, а свет остановили полностью всего на 5 микросекунд (ранее учёным удавалось остановить свет на минуту).

Тем не менее французским физикам удалось продемонстрировать потенциальные возможности оптической памяти для коммуникационных технологий будущего. Также учёные выяснили, что импульсы, содержащие только один фотон, могут сохраняться с очень большим отношением сигнал-шум, то есть с почти отсутствующими помехами. Эта функция позволит однажды использовать прибор в качестве квантовой памяти — основного элемента для создания будущих квантовых сетей.