Эксперимент начинается с охлаждения облака приблизительно 200 000 атомов рубидия вниз к температуре 0,43 микро-Келвина (это чуть выше абсолютного нуля, который соответствует минус 273 степени Цельсия). Атомы проводятся в оптической дипольной ловушке, созданной крестообразно суперположение двух лазерных лучей. Облако освещено двумя световыми импульсами, отделенными на 0,15 микросекунды. Импульсы чрезвычайно слабы, они содержат в среднем один или еще меньше фотонов.
Первый пульс – так называемый пульс ворот – поглощен в облаке. Чтобы быть точным, это сохранено как атомное возбуждение, поскольку это приносит один из атомов в очень взволнованный штат Ридберг. Простое присутствие атома Rydberg приводит к изменению соответствующих энергетических уровней других атомов в облаке. Следовательно, длина волны второго пульса – целевой пульс – больше не отвечает требованиям для возбуждения и заблокирован.
Другими словами, облако атомов действует как среда, которая, при завоевании одного единственного фотона, переключается с того, чтобы быть очевидным для непрозрачного. Хранение фотона может сохраняться, пока штат Ридберг выживает, т.е. в течение приблизительно 60 микросекунд.
Целая процедура основана на сложной комбинации многих экспериментальных мер. Например, прозрачность облака достигнута применением лазера контроля. «Чтобы заманить фотон ворот в ловушку, мы используем так называемую медленно-легкую технику», объясняет доктор Штефан Дурр, лидер эксперимента. «Когда фотон пересекает облако, это поляризует окружающую среду и замедлено к скорости 1 000 км/ч. Как следствие длина пульса сжимается к нескольким десяткам микрометров, таких, что она полностью содержится в облаке во время определенного окна времени.
Если лазер контроля, выключают точно в этом периоде времени, пульс останавливается и полностью преобразован в атомное возбуждение».Второй пульс подготовлен с поляризацией, которая не может соединиться с атомным возбуждением, которое было сохранено прежде. Это препятствует тому, чтобы целевой пульс читал сохраненный фотон вслух. «Впоследствии, мы включаем лазер контроля назад. Фотон с правильной поляризацией может восстановить фотон ворот от облака.
Мы повторяем этот цикл каждые 100 микросекунд», говорит Саймон Бор, который работает при эксперименте докторантом.В ряде измерений ученые смогли доказать, что количество переданных целевых фотонов было сокращено фактором 20, если фотон ворот был сохранен в облаке прежде. «Наш эксперимент открывает новые перспективы в области информации о кванте», профессор Ремп возобновляется. «Выключатель единственного фотона мог объявить успешное хранение информации о кванте. Тем путем времена хранения могли быть улучшены.
Наконец, что не менее важно, новое устройство могло быть первым шагом в разработке квантового логического вентиля, основного элемента в квантовой обработке информации».