لقد أظهر العلماء كيف تتصرف الذرات الاصطناعية تحت تأثير الضوء

الفلورة الرنانة هي ظاهرة بصرية كمومية حيث تمتص الذرة (الحقيقية والاصطناعية) الضوء وتعيد إصداره بتردد مختلف. ويميز طيف هذا الإشعاع البنية المجهرية لمستويات الطاقة للذرات قيد الدراسة، ويحتوي أيضًا على معلومات حول تفاعل الفوتونات المنبعثة. تعتبر هذه المعلومات ضرورية للتحليل الطيفي الدقيق، ومراقبة بيئة الأنظمة الكمومية، وتطوير أجهزة الاستشعار الكمومية. عادة ما يتم إعادة بناء مدى قوة وبأي ترددات تنبعث منها الذرة باستخدام وظائف الارتباط الذاتي. إنها توضح مدى تشابه الإشارة مع نفسها في نقاط زمنية مختلفة. هذه الطريقة ملائمة وتعمل بشكل جيد مع الأنظمة البسيطة ذات المستويين. ومع ذلك، عند العمل مع أنظمة ثلاثية المستويات ذات المستويات 0، 1، 2، حيث تحدث التحولات بالتتابع (0↔1، 1↔2)، تظهر ارتباطات إضافية بين الانبعاثات من مستويات مختلفة. على سبيل المثال، يرتبط الانبعاث من الانتقال 0↔1 مع الانبعاث من الانتقال 1↔2، وهو ما يسمى الارتباطات المتبادلة أو المتبادلة. حتى الآن، لم تتم دراستهم بما فيه الكفاية، وهم الذين لفتوا الانتباه إلى مؤلفي الدراسة. لإجراء الحسابات، استخدم فيزيائيون من مختبر أنظمة الكم الاصطناعية في MIPT أنظمة ثلاثية المستويات – ذرات صناعية فائقة التوصيل. هذه عبارة عن دوائر دقيقة مصنوعة من مواد فائقة التوصيل، والتي تتصرف في درجات حرارة منخفضة للغاية مثل الذرات الاصطناعية ذات مستويات الطاقة. يتم استخدامها على نطاق واسع في المعالجات الكمومية وأجهزة الاستشعار والبصريات الكمومية فائقة التوصيل. تم نشر المقال في مجلة “JETP Letters”. استخدم المؤلفون نموذجًا لمثل هذه الذرة الاصطناعية ونظروا في الحالة عندما يتم تشعيعها بواسطة إشعاعين أحادي اللون بترددات مختلفة في وقت واحد – الضخ ثنائي اللون. يؤدي هذا التأثير إلى استجابة النظام، والتي يمكن التحقق منها تجريبياً في أطياف مضان الرنين. تم حساب هذا الطيف لنظام ثلاثي المستويات من قبل المؤلفين. مخطط نظام ثلاثي المستويات مع الإثارة ثنائية اللون. ( ب ) هيكل مستويات الطاقة شبه الثابتة. تشير الخطوط الملونة إلى التحولات بنفس المعلمات / © JETP Letters في عملهم، أولى العلماء اهتمامًا خاصًا للحصول على وظائف انبعاث الارتباط المتبادل. وهي تميز تأثير الموجات المنبعثة من الذرة على بعضها البعض. بعبارات بسيطة، تُظهر هذه الوظائف قدرة “مصدرين” مختلفين للفوتونات المنبعثة من ذرة واحدة على إنشاء نمط تداخل واضح على شاشة الاختبار. قام الباحثون بحساب مساهمتهم في طيف التألق. “لقد أظهرت مجموعتنا سابقًا أن طيف التألق لنظام ثلاثي المستويات مع استرخاء متسلسل للمستويات تحت تأثير اضطراب ثنائي التوافق الرنان الخارجي هو بنية خماسية – خمسة خطوط متساوية البعد. من المدهش أننا في طيف الارتباط المتبادل لم نحصل على بنية خماسية فحسب، بل حصلنا أيضًا على بنية ثلاثية (ثلاثة خطوط مركزية)، على غرار طيف Mollow-Apanasevich المعروف – ثلاثي كلاسيكي في الرنين وقال سيرجي جونين، الباحث في مختبر أنظمة الكم الاصطناعية في معهد MIPT: “إن مضان نظام ذو مستويين”. أظهرت الحسابات أن الفوتونات المنبعثة من مستويات مختلفة من ذرة صناعية واحدة تكون متماسكة مع بعضها البعض. حتى عند ترددات انتقالية مختلفة، يظهر التداخل والإيقاعات. ويضيف المؤلفون أن الذرات فائقة التوصيل تخلق ميزة كبيرة في قياس الارتباط بين الإشارات الذرية، مما يفتح إمكانية إجراء المزيد من التجارب لمراقبة إحصائيات الفوتون. “في هذا العمل، ركزنا على دراسة ظاهرة التألق باستخدام ذرات اصطناعية فائقة التوصيل – الكيوبتات. تتيح منصة الحالة الصلبة هذه اكتشاف ليس فقط الارتباطات في الإشعاع، ولكن أيضًا الفصل المباشر للمجال الكهرومغناطيسي المنبعث من الذرة، وكذلك إحصاءات الفوتون. لذلك، يمكن نقل جميع الحسابات التي تم إجراؤها في المقالة مباشرة إلى ملاحظات في تجربة حقيقية،” أوضح أوليغ أستافييف، رئيس مختبر أنظمة الكم الاصطناعية في الجامعة. MIPT. إن فهم دور الارتباطات في الأنظمة متعددة النطاق، وخاصة على منصات الذرة الاصطناعية فائقة التوصيل، سيسمح بتطوير أجهزة استشعار وأجهزة كشف كمومية أكثر حساسية. “في الوقت الحالي، لا يتم تمثيل الدراسة التجريبية للارتباطات المتبادلة بشكل كامل في الأدبيات العلمية، لذلك نتوقع في المستقبل إجراء دراسات تجريبية. وهذا سيسمح لنا بالتحقق من نتائج هذا العمل، وكذلك دراسة إشعاع أنظمة الذرات الأكثر تعقيدًا،” قال سيرجي جونين.