原子蒸气是构成未来量子网络节点的最有希望的平台之一。魏茨曼科学研究所的研究人员以及柏林洪堡大学的同事现已实现了在环境温度下,极细的光纤与原子蒸气之间的独特界面。


纳米纤维与原子蒸气相互作用的超扩展渐逝场

科学家实现在室温下用于量子技术的纳米纤维 为量子技术铺平道路

与原子蒸气相互作用的纳米纤维的超扩展渐逝场的插图。图片:魏兹曼科学研究所)


高效和忠实的光物质相互作用是不同量子技术的核心。例如,物质与光之间信息的忠实映射可以促进遥远的量子处理节点之间的通信。强烈的相互作用得益于严格限制的光场,以及大量原子与此类场同时相互作用。


但是,这两个要求很难在常规的光学设置中解决,在常规的光学设置中,激光束只能聚焦在很短的距离上,然后迅速发散。光纤可以防止这种差异,光纤还可以轻松集成和按比例放大光网络中的设备。


在这项新的研究中(Optica,“与热原子相干相互作用的超扩展纳米纤维导引场”),作者研究了由新型光纤导引的光场,并表明这些场与纤维周围的蒸气有效地相互作用 。


通过将光纤逐渐细化到200 nm的直径(比其原始宽度窄约600倍)和光纤引导的光波长的四分之一,可以实现这种有效的光-物质界面。


达到这些尺寸会导致一个独特的光场,其中超过99%的能量驻留在光纤本身之外,并延伸到其表面之外。即使热原子在整个场中快速移动,这种场也允许光与原子之间的交互时间较长。光场的范围与纤维的物理尺寸之间的较大比率也极大地减小了原子与纤维本身相互作用或碰撞的有害影响。


该演示可以为实现新的,完全集成的量子技术铺平道路。


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