Un nuovo sistema QED in cavità
Le cavità bloccano fisicamente la lunghezza d'onda dei fotoni che gli atomi emettono o assorbono. I comportamenti degli atomi eccitati confinati forniscono importanti informazioni sulle interazioni tra luce e materia, fenomeni per natura simultaneamente classici e quantici. L'elettrodinamica quantistica (QED) in cavità si è affermata come un importante campo di studio. Una più profonda comprensione porterà a progettazioni basate sulla conoscenza per applicazioni in informatica quantistica e memoria quantistica. Il progetto CQODAR ("Cavity QED at the one-dimensional atom regime with chip-based micro-resonators"), finanziato dall'UE, ha sviluppato un sistema QED in cavità completamente nuovo. Il sistema combina singoli atomi ultrafreddi con risuonatori microtoroidi basati su chip mediante una fibra ottica rastremata. Questo ha aperto un'importante finestra per l'osservazione delle interazioni tra singolo atomo e singolo fotone con una particolare attenzione sulle interazioni tra fotone e fotone. L'allestimento altamente avanzato è in grado di fornire atomi super-raffreddati da una trappola magneto-ottica fino a meno di 200 nanometri dalla superficie del toroide. Gli scienziati hanno usato modulatori elettro-ottici basati su fibra e attrezzature elettroniche che operano a frequenze superiori a cinque gigahertz. Di conseguenza, essi sono stati in grado di individuare la presenza di un atomo e il singolo fotone emesso, tutto nell'arco di circa due microsecondi che è meno della normale durata di transito dell'atomo. I ricercatori hanno condotto un dettagliato studio teorico, pubblicato in "Physical Review A: Atomic, Molecular and Optical Physic", che ha costituito la base di due nuovi esperimenti: ottica delle catastrofi (che si occupa delle singolarità geometriche negli schemi dei raggi) ed emissione spontanea da un singolo atomo. Il secondo è stato pubblicato nelle Physical Review Letters. Il team di CQODAR ha sviluppato un allestimento sperimentale all'avanguardia. Come risultato è adesso possibile un raffinato controllo di singoli atomi ultrafreddi per determinare i comportamenti e le proprietà dei singoli fotoni emessi. Ci si aspetta che questa tecnologia fornisca un contributo inestimabile alla comprensione delle interazioni quantiche tra materia e luce.
Parole chiave
Atomi, risuonatori, quanto, cavità, fotoni, luce, materia, QED, ultrafreddo, microtoroide, trappola magneto-ottica, ottica delle catastrofi
