Demonstration of traveling-wave interactions between spontaneous photon emissions and atoms in a chiral F-P cavity
यह अध्ययन एक फैब्री-पेरोट कैविटी के भीतर ट्रैवलिंग-वेव एटम-लाइट इंटरैक्शन को प्रायोगिक रूप से प्रदर्शित करता है, जिसमें समय-प्रतिवर्ती समरूपता (टाइम-रिवर्सेबिलिटील सिमिट्री) को तोड़ने और प्रकाश हेलिसिटी को संरक्षित करने के लिए एक बायस मैग्नेटिक फील्ड लागू की गई है, जिससे पारंपरिक स्टैंडिंग-वेव कैविटी की गैर-समान कपलिंग सीमाओं को दूर किया जा सका है।
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क्वांटम भौतिकी की शांत दुनिया में, वैज्ञानिक लगातार प्रकाश और पदार्थ के बीच के नाजुक नृत्य में महारत हासिल करने की कोशिश कर रहे हैं। वे व्यक्तिगत परमाणुओं को फंसाना चाहते हैं और उन्हें फोटॉन (प्रकाश के सूक्ष्म कणों) से बात करने के लिए प्रेरित करना चाहते हैं, ताकि भविष्य के अति-सुरक्षित संचार और शक्तिशाली कंप्यूटरों का निर्माण किया जा सके। ऐसा करने के लिए, वे अक्सर एक कैविटी बनाने के लिए दर्पणों का उपयोग करते हैं, जो एक छोटा सा डिब्बा होता है जहाँ प्रकाश आगे-पीछे टकराता रहता है, जिससे वह परमाणुओं के साथ कई बार परस्पर क्रिया करने के लिए मजबूर होता है। यह जुड़ाव को बढ़ाता है, जिससे परमाणु और प्रकाश एक एकल इकाई की तरह व्यवहार करने लगते हैं। हालाँकि, इन बक्सों के भीतर प्रकाश की प्रकृति हमेशा से एक बड़ी बाधा रही है। मानक सेटअप में, आगे की ओर बढ़ने वाली प्रकाश तरंगें और पीछे की ओर परावर्तित होने वाली तरंगें आपस में टकरा जाती हैं, जिससे शिखरों और घाटियों का एक पैटर्न बनता है जिसे 'स्टैंडिंग वेव' (स्थिर तरंग) कहा जाता है। यह असमान पैटर्न यह सुनिश्चित करता है कि कुछ परमाणुओं को एक मजबूत संकेत मिलता है जबकि अन्य को कमजोर, और इसके कारण संग्रहीत जानकारी बहुत तेज़ी से, अक्सर एक माइक्रोसेकंड से भी कम समय में, लुप्त हो जाती है। शोधकर्ता लंबे समय से एक ऐसा तरीका खोजने की तलाश में रहे हैं जिससे प्रकाश केवल एक दिशा में प्रवाहित हो सके, जैसे कि नीचे की ओर बहती हुई एक नदी, ताकि प्रत्येक परमाणु एक ही समान स्थिर दबाव महसूस करे और जानकारी अधिक समय तक बनी रहे।
चीन के शानक्सी विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब एक मानक दर्पण कैविटी के भीतर इस एक-तरफा प्रवाह को प्राप्त करने का एक तरीका प्रदर्शित किया है, जो कि पहले उपयोग किए जाने वाले जटिल रिंग-आकार के विकल्पों की तुलना में बनाने में बहुत सरल है। उन्होंने रुबिडियम परमाणुओं के एक ठंडे बादल के साथ काम किया, उन्हें तब तक ठंडा किया जब तक कि वे बहुत धीरे चलने नहीं लगे, और उन्हें दो दर्पणों के बीच रखा। उस प्राकृतिक समरूपता (सिमेट्री) को तोड़ने के लिए जो प्रकाश को आगे-पीछे उछलने के लिए मजबूर करती है, उन्होंने एक चुंबकीय क्षेत्र लगाया और परमाणुओं के दोनों ओर दो विशेष क्रिस्टल प्लेटें लगाईं, जिन्हें 'क्वार्टर-वेव प्लेट्स' के रूप में जाना जाता है। ये प्लेटें फिल्टर की तरह कार्य करती हैं जो प्रकाश के घुमाव (ट्विस्ट) को बदल देती हैं। जब एक परमाणु फोटॉन उत्सर्जित करता है, तो प्रकाश एक विशिष्ट घुमाव के साथ आगे बढ़ता है, एक प्लेट से गुजरता है, दर्पण से टकराता है और वापस लौटता है। लेकिन अपनी वापसी की यात्रा पर, प्लेट प्रकाश के घुमाव को बदल देती है ताकि वह परमाणु की इसे अवशोषित करने की क्षमता से मेल न खा सके। प्रकाश प्रभावी रूप से वापसी की यात्रा पर परमाणु के लिए अदृश्य हो जाता है।
परिणाम यह है कि प्रकाश केवल एक दिशा में चलते हुए परमाणुओं के साथ परस्पर क्रिया करता है, जिससे एक 'ट्रैवलिंग वेव' (प्रवाहित तरंग) बनती है न कि एक 'स्टैंडिंग वेव'। शोधकर्ताओं ने प्रकाश कणों और परमाणु उत्तेजनाओं (एक्साइटेशन) के जोड़े उत्पन्न करके इसका परीक्षण किया, यह एक ऐसी प्रक्रिया है जहाँ एक "राइट" (लिखने वाला) लेजर प्रकाश की एक चमक और परमाणुओं में एक अनुरूप लहर पैदा करता है। उन्होंने बाद में इस संग्रहीत जानकारी को कितनी अच्छी तरह से पुनः प्राप्त किया, इसका मापन किया। एक सामान्य कैविटी में, आगे और पीछे की ओर जाने वाले प्रकाश के बीच का हस्तक्षेप भंडारण को अस्त-व्यस्त कर देता, लेकिन उनकी नई 'कायरल कैविटी' में, प्रकाश ने अपनी दिशा बनाए रखी और परमाणु तालमेल में रहे। उन्होंने पाया कि सिस्टम ने प्रकाश के अद्वितीय गुणों को सफलतापूर्वक संरक्षित किया, जिससे परमाणु इसके साथ एक समान, प्रवाहित तरंग के रूप में परस्पर क्रिया कर सके। यह उपलब्धि सिद्ध करती है कि जटिल रिंग संरचनाओं के बजाय सरल, सपाट दर्पणों और चतुर ऑप्टिकल युक्तियों का उपयोग करके इन एक-तरफा अंतःक्रियाओं को बनाना संभव है। यह अधिक स्थिर और कुशल क्वांटम मेमोरी उपकरणों की ओर एक मार्ग खोलता है, जहाँ सूचना को प्रकाश के आगे-पीछे टकराने से होने वाले विरूपण के बिना लंबे समय तक संग्रहीत किया जा सकता है।
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