Araştırmacılar, kuantum belleği kullanarak optik darbelerin kesirli Fourier Dönüşümünü gerçekleştirmek için çığır açan bir yöntem geliştirdiler. Bu benzersiz başarı, dönüşümün telekomünikasyon ve spektroskopide potansiyel uygulamalara sahip olan “Schrödinger’in kedisi” durumu üzerinde uygulanmasını içeriyordu.
Varşova Üniversitesi Fizik Fakültesi’nden araştırmacılar, QOT Merkezi uzmanlarıyla işbirliği içinde Kuantum Optik Teknolojileri adına, optik darbelerin kesirli Fourier Dönüşümünün kuantum bellek kullanılarak gerçekleştirilmesine olanak tanıyan yenilikçi bir tekniğe öncülük ettiler.
Ekip, bir çözüm sunan ilk kişi olduğu için bu başarı küresel ölçekte benzersizdir. söz konusu dönüşümün bu tür bir sistemde deneysel olarak uygulanması. Araştırmanın sonuçları prestijli dergi Physical Review Letters’da yayınlandı. Öğrenciler, çalışmalarında, “Schrödinger’in kedisi” durumu olarak da bilinen çift optik darbe kullanarak kesirli Fourier Dönüşümü’nün uygulanmasını test ettiler.
Nabız spektrumu ve zamansal dağılım
{6 }Işık gibi dalgaların da kendilerine has karakteristik özellikleri vardır; atım süresi ve frekansı (ışık durumunda rengine karşılık gelir). Bu özelliklerin, Fourier Dönüşümü adı verilen bir işlem yoluyla birbirleriyle ilişkili olduğu ortaya çıktı; bu işlem, bir dalgayı zaman içinde tanımlamaktan onun spektrumunu frekanslarda tanımlamaya geçişi mümkün kılıyor.
Kesirli Fourier Dönüşümü, bir Zamandaki bir dalganın tanımından frekanstaki bir açıklamaya kısmi geçişe izin veren Fourier Dönüşümünün genelleştirilmesi. Sezgisel olarak, söz konusu sinyalin bir dağılımının (örneğin, kronosiklik Wigner fonksiyonu) zaman-frekans alanında belirli bir açıyla döndürülmesi olarak anlaşılabilir.
Öğrenciler Schrödinger kedisi durumlarının rotasyonunu sunan laboratuvar. Proje sırasında hiçbir gerçek kediye zarar verilmedi. Katkı Sağlayan: S. Kurzyna ve B. Niewelt, Varşova Üniversitesi
Bu tür dönüşümlerin, gürültüyü ortadan kaldırmak ve Farklı frekanslardaki darbeleri geleneksel yöntemlere göre daha kesin bir şekilde ayırt etmek için ışığın kuantum doğasını kullanmayı mümkün kılan algoritmalar. Bu, maddenin kimyasal özelliklerinin incelenmesine yardımcı olan spektroskopide ve bilginin yüksek hassasiyet ve hızda iletilmesini ve işlenmesini gerektiren telekomünikasyonda özellikle önemlidir.
Lensler ve Fourier Dönüşümü?
{ 6}Sıradan bir cam mercek, üzerine düşen tek renkli ışık ışınını neredeyse tek bir noktaya odaklama (odaklama) yeteneğine sahiptir. Işığın mercek üzerine geliş açısının değiştirilmesi, odak konumunda bir değişikliğe neden olur. Bu, yönler ve konumlar uzayında Fourier Dönüşümü benzetmesini elde ederek geliş açılarını konumlara dönüştürmemize olanak tanır. Kırınım ızgarasını temel alan klasik bir spektrometre, ışığın dalga boyu bilgisini konumlara dönüştürmek için bu etkiyi kullanarak spektral çizgileri ayırt etmemizi sağlar.
Zaman ve frekans mercekleri
Cam merceğe benzer şekilde Zaman ve frekans lensleri, bir darbenin süresinin spektral dağılımına dönüştürülmesine olanak tanır veya etkili bir şekilde zaman ve frekans uzayında bir Fourier dönüşümü gerçekleştirir. Bu tür merceklerin güçlerinin doğru seçimi, kesirli Fourier Dönüşümü gerçekleştirmeyi mümkün kılar. Optik darbeler söz konusu olduğunda, zaman ve frekans merceklerinin hareketi, sinyale ikinci dereceden aşamaların uygulanmasına karşılık gelir.
Sinyali işlemek için araştırmacılar bir kuantum belleği, daha doğrusu kuantum ışığıyla donatılmış bir belleği kullandılar. işleme yetenekleri – manyeto-optik bir tuzağa yerleştirilmiş rubidyum atomlarından oluşan bir buluta dayanmaktadır. Atomlar mutlak sıfırın on milyonlarca derece üzerindeki bir sıcaklığa kadar soğutuldu. Bellek, değişen bir manyetik alana yerleştirildi ve farklı frekanslardaki bileşenlerin bulutun farklı kısımlarında saklanmasına olanak tanıdı. Darbe, yazma ve okuma sırasında bir zaman merceğine maruz kalıyordu ve depolama sırasında bir frekans merceği buna etki ediyordu.
UW’de geliştirilen cihaz, bu tür merceklerin çok geniş bir parametre aralığında ve uygun koşullarda uygulanmasına olanak tanıyor. programlanabilir bir yol. Çift nabız eşevresizliğe çok yatkındır, bu nedenle sıklıkla ünlü Schrödinger kedisiyle karşılaştırılır; ölü ve diri olmanın makroskobik bir süperpozisyonu, deneysel olarak elde edilmesi neredeyse imkansızdır. Yine de ekip, bu hassas çift darbeli durumlar üzerinde aslına sadık operasyonlar gerçekleştirmeyi başardı.
Yayın, Kuantum Optik Cihazlar Laboratuvarı ve Kuantum Optik Teknolojileri merkezindeki Kuantum Bellek Laboratuvarı’nda yapılan çalışmaların sonucuydu. iki yüksek lisans öğrencisinin katılımı: Stanislaw Kurzyna ve Marcin Jastrzebski, iki lisans öğrencisi Bartosz Niewelt ve Jan Nowosielski, Dr. Mateusz Mazelanik ve laboratuvar başkanları Dr. Michal Parniak ve Prof. Wojciech Wasilewski. Açıklanan sonuçlar için Bartosz Niewelt ayrıca Spokane, WA’da düzenlenen son DAMOP konferansında bir sunum bursu ödülüne layık görüldü.
Telekomünikasyonda doğrudan uygulamadan önce, yöntemin öncelikle diğer dalga boylarına ve parametre aralıklarına eşlenmesi gerekir. Bununla birlikte, kesirli Fourier dönüşümü, optik uydu bağlantıları da dahil olmak üzere son teknolojiye sahip ağlardaki optik alıcılar için hayati öneme sahip olabilir. UW’de geliştirilen bir kuantum ışık işlemcisi, bu tür yeni protokollerin etkili bir şekilde bulunmasını ve test edilmesini mümkün kılar.
Referanslar: “Zaman-Frekans Alanında Optik Kesirli Fourier Dönüşümünün Deneysel Uygulaması”, Bartosz Niewelt , Marcin Jastrzębski, Stanisław Kurzyna, Jan Nowosielski, Wojciech Wasilewski, Mateusz Mazelanik ve Michał Parniak, 12 Haziran 2023, Fiziksel İnceleme Mektupları.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.240801
The “Kuantum Optik Teknolojileri” (MAB/2018/4) projesi, Avrupa Bölgesel Kalkınma Fonu kapsamında Avrupa Birliği tarafından ortak finanse edilen Polonya Bilim Vakfı’nın Uluslararası Araştırma Gündemleri programı kapsamında yürütülmektedir.