Исследователи в области квантовой физики разработали метод, позволяющий выполнять дробное преобразование Фурье оптических импульсов с помощью квантовой памяти. Достижение этого исследования является уникальным в мире, так как команда первой представила экспериментальную реализацию этого преобразования в системе такого типа.
Для тех, кто торопится:
- В одном исследовании, проведенном в Варшавском университете (Польша), был разработан метод, который переворачивал «кота Шредингера» с ног на голову;
- Новый метод позволяет выполнять дробное преобразование Фурье оптических импульсов с помощью квантовой памяти;
- Разработанный в университете прибор позволяет реализовать этот метод в очень широком диапазоне параметров и в программируемом виде;
- Результаты этого исследования, являющегося пионером в мире, могут быть непосредственно применены в телекоммуникациях.
Исследование проводилось студентами физического факультета в партнерстве с исследователями из QOT (Центр оптических квантовых технологий). И факультет, и центр принадлежат Варшавскому университету, Польша. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Physical Review Letters.
Читать далее:
- В нашей Солнечной системе может скрываться чужая планета
- Какие 10 ближайших к Земле звезд?
- Какие бывают звезды и их характеристики?
Глоссарий
(Изображение: traffic_analyzer/Getty Images)
Прежде чем разобраться в исследовании, необходимо знать два понятия. Они:
- Дробное преобразование Фурье
Дробное преобразование Фурье (TFrFT) — это расширение классического преобразования Фурье, позволяющее анализировать сигналы с другой точки зрения.
В то время как классическое преобразование Фурье описывает разложение сигнала на его частотные составляющие, TFrFT вводит дополнительный параметр, который контролирует величину вращения, применяемого к сигналу в частотно-временной области.
Он используется в различных приложениях для получения дополнительной информации и изучения конкретных свойств сигнала.
- кот Шредингера
«Кот Шрёдингера» — воображаемая иллюстрация, предложенная физиком Эрвином Шрёдингером в 1935 году для иллюстрации парадоксальной концепции квантовой суперпозиции. В мысленном эксперименте участвуют гипотетический кот, закрытый ящик и устройство радиоактивного распада.
Эксперимент «Кот Шредингера» был предложен, чтобы подчеркнуть странную и неинтуитивную природу квантовой механики, где системы могут находиться в состояниях суперпозиции, пока их не наблюдают.
Хотя это чисто теоретический пример, он поднимает вопросы об интерпретации и ограничениях квантовой теории.
Другие задействованные концепции
(Изображение: agsandrew/Shutterstock)
В своей работе студенты протестировали реализацию дробного преобразования Фурье с использованием двойного оптического импульса, известного также как состояние «кота Шрёдингера».
Волны, как и свет, имеют свои свойства — длительность импульса и частоту (соответствующую, в случае света, его цвету). Оказывается, эти характеристики связаны друг с другом через преобразование Фурье. Он позволяет перейти от описания волны во времени к описанию ее спектра в частотах.
Поэтому преобразования Фурье (как классические, так и дробные) исключительно полезны при разработке специальных спектро-временных фильтров. Они служат для устранения шума и позволяют создавать алгоритмы. Эти алгоритмы, в свою очередь, позволяют использовать квантовую природу света для более точного различения импульсов разной частоты.
Это особенно важно в спектроскопии, помогающей изучать химические свойства вещества, и в телекоммуникациях, требующих передачи и обработки информации с высокой точностью и скоростью.
Обычная стеклянная линза способна фокусировать падающий на нее монохроматический пучок света почти в одну точку (фокус). Изменение угла падения света на линзу приводит к изменению положения фокуса.
Это позволяет нам преобразовать углы падения в положения, получив аналогию с преобразованием Фурье, в пространстве направлений и положений. Классический спектрометр на основе дифракционной решетки использует этот эффект для преобразования информации о длине волны света в положения, что позволяет нам различать спектральные линии.
Как и стеклянные линзы, временные и частотные линзы позволяют преобразовывать длительность импульса в его спектральное распределение или выполнять преобразование Фурье во времени и частотном пространстве.
Правильный подбор оптических сил таких линз позволяет осуществить дробное преобразование Фурье. В случае оптических импульсов действие временной и частотной линзы соответствует приложению к сигналу квадратичных фаз.
«Кот Шредингера» вверх ногами
Группа исследователей из Варшавского университета (Изображение: Варшавский университет)
Для обработки сигнала исследователи использовали квантовую память — память, оснащенную квантовой обработкой света — на основе облака атомов рубидия, помещенного в магнитооптическую ловушку.
Атомы охлаждали, а память помещали в переменное магнитное поле. Это позволило хранить компоненты разных частот в разных частях облака. Импульс подвергался временной линзе при записи и чтении – и частотной линзе при хранении.
Разработанное в университете устройство позволяет реализовать эти объективы в очень широком диапазоне параметров и программируемым образом. Двойной импульс очень склонен к декогеренции, из-за чего его часто сравнивают со знаменитым «котом Шредингера». Тем не менее, команда смогла реализовать точные операции в этих хрупких двухимпульсных состояниях.
Перед непосредственным применением в телекоммуникациях метод необходимо сначала сопоставить с другими длинами волн и диапазонами параметров. Однако дробное преобразование Фурье может иметь решающее значение для оптических приемников в сетях следующего поколения, включая оптические спутниковые каналы. Квантовый световой процессор, разработанный в университете, позволяет эффективно находить и тестировать эти новые протоколы.
С информацией из Physical Review Letters
Вы смотрели новые видео на YouTube цифрового взгляда? Подписывайтесь на канал!
Постквантовое исследование перевернуло «кота Шрёдингера» с ног на голову впервые появилось на Olhar Digital.