Ученые показали, как искусственные атомы ведут себя под воздействием света
Ученые из лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ теоретически исследовали, как между собой взаимодействуют фотоны, испускаемые искусственным атомом. Для этого они рассчитали спектры резонансной флуоресценции. Результаты работы актуальны для квантовой оптики и способствуют развитию квантовых технологий — от точной спектроскопии до квантовых вычислений.
Резонансная флуоресценция — квантово-оптическое явление, при котором атом (как настоящий, так и искусственный) поглощает свет и переизлучает его на другой частоте. Спектр такого излучения характеризует микроскопическую структуру уровней энергии исследуемых атомов, а также содержит информацию о взаимодействии излученных фотонов. Эта информация критически важна для точной спектроскопии, контроля окружения квантовых систем и разработки квантовых сенсоров.
То, как сильно и на каких частотах излучает атом, обычно восстанавливается с помощью автокорреляционных функций. Они показывают, насколько сигнал похож сам на себя в разные моменты времени. Этот способ удобен и хорошо работает для простых двухуровневых систем.
Однако при работе с трехуровневыми системами с уровнями 0, 1, 2, где переходы происходят последовательно (0↔1, 1↔2), появляются дополнительные корреляции между излучениями с разных уровней. Например, излучение с перехода 0↔1 коррелирует с излучением перехода 1↔2, что называют взаимными или кросс-корреляциями. До сих пор они были недостаточно изучены, и именно на них обратили внимание авторы исследования.
Для расчетов физики из лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ использовали трехуровневые системы — сверхпроводниковые искусственные атомы. Это микросхемы из сверхпроводящих материалов, которые при сверхнизких температурах ведут себя как искусственные атомы с энергетическими уровнями. Они широко применяются в сверхпроводниковых квантовых процессорах, сенсорах и микроволновой квантовой оптике. Статья опубликована в журнале «Письма в ЖЭТФ».
Авторы использовали модель такого искусственного атома и рассмотрели случай, когда он облучается сразу двумя монохроматическими излучениями с разными частотами — бихроматической накачкой. Такое воздействие вызывает отклик системы, который можно экспериментально проверить в спектрах резонансной флуоресценции. Этот спектр для трехуровневой системы и рассчитали авторы.
В работе ученые уделили особое внимание получению кросс-корреляционных функций излучения. Они характеризуют влияние излученных атомом волн друг на друга. Простыми словами, эти функции показывают способность двух разных «источников» фотонов, излученных из одного атома, создавать четкую интерференционную картину на пробном экране. Авторы рассчитали их вклад в спектр флуоресценции.
«Наша группа ранее показала, что спектр флуоресценции трехуровневой системы с последовательной релаксацией уровней под действием внешнего резонансного бигармонического возмущения представляет собой пентетную структуру — пять эквидистантных линий. Удивительно, что в кросс-корреляционном спектре мы получили не только пентетную структуру, но и триплетную (три центральные линии), схожую с известным спектром Моллоу—Апанасевича — классическим триплетом в резонансной флуоресценции двухуровневой системы», — рассказал Сергей Гунин, научный сотрудник лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ.
Расчеты показали, что фотоны, испускаемые с разных уровней одного искусственного атома, когерентны друг с другом. Даже при разных частотах переходов появляется интерференция и биения. Авторы добавляют, что сверхпроводящие атомы создают огромное преимущество в измерении корреляции сигналов атома, что открывает возможность для дальнейших экспериментов по наблюдению фотонной статистики.
«В этой работе мы акцентировали внимание на изучении явления флуоресценции с использованием сверхпроводниковых искусственных атомов — кубитов. Эта твердотельная платформа позволяет детектировать не только корреляции в излучении, но и напрямую разделять во времени излученное атомом электромагнитное поле, а также статистику фотонов. Поэтому все расчеты, что были произведены в статье, возможно напрямую переложить на наблюдения в реальном эксперименте», — объяснил Олег Астафьев, заведующий лабораторией искусственных квантовых систем МФТИ.
Понимание роли корреляций в многоуровневых системах, особенно на платформах сверхпроводниковых искусственных атомов, позволит разрабатывать более чувствительные квантовые детекторы и сенсоры.
«В настоящий момент в научной литературе экспериментальное изучение взаимных корреляций представлено не в полной мере, поэтому в будущем мы рассчитываем провести экспериментальные исследования. Это позволит верифицировать результаты данной работы, а также исследовать излучение более сложных систем атомов», — поделился Сергей Гунин.
Telegram 
Дзен 
VK В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Во всем мире во всех человеческих культурах около 90% людей пользуются преимущественно правой рукой. Такое поразительное единство практически всего человечества не имеет аналогов среди приматов и до сих пор остается эволюционной загадкой. Ученые проанализировали данные о более чем двух тысячах человекообразных обезьянах и выяснили, когда и почему праворукость стала популяционной тенденцией.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Во всем мире во всех человеческих культурах около 90% людей пользуются преимущественно правой рукой. Такое поразительное единство практически всего человечества не имеет аналогов среди приматов и до сих пор остается эволюционной загадкой. Ученые проанализировали данные о более чем двух тысячах человекообразных обезьянах и выяснили, когда и почему праворукость стала популяционной тенденцией.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно