Революционный квантовый скачок: физики перевернули кота Шрёдингера с ног на голову

Исследователи физического факультета Варшавского университета в сотрудничестве с экспертами Центра квантовых оптических технологий QOT успешно выполнили дробное преобразование Фурье оптических импульсов с использованием квантовой памяти. Эта новаторская методика является первой экспериментальной реализацией преобразования в системах такого типа. Результаты исследования опубликованы в престижном журнале Physical Review Letters.

Понятие о волнах и преобразовании Фурье

Волны, такие как свет, обладают уникальными свойствами, которые определяют их характеристики, в том числе длительность и частоту импульса. Эти свойства связаны между собой с помощью математической операции, известной как преобразование Фурье. Эта операция позволяет перейти от описания волны во времени к описанию ее спектра в частотах.

Дробное преобразование Фурье - это расширение преобразования Фурье, которое позволяет частично перейти от описания во времени к описанию по частоте. Концептуально его можно представить как поворот распределения сигнала во временно-частотной области.

Применение и значение

Преобразования, подобные дробному преобразованию Фурье, оказались весьма ценными при создании специализированных спектрально-временных фильтров для устранения шумов и разработке алгоритмов, использующих квантовую природу света для точного различения импульсов различных частот. Это имеет существенное значение для таких областей, как спектроскопия и телекоммуникации.

Спектроскопия играет важнейшую роль в изучении химических свойств вещества, а возможность использования квантовых свойств повышает точность и достоверность анализа спектральных данных. В телекоммуникациях, где высокая точность и скорость имеют первостепенное значение, использование квантовой памяти для различения разночастотных импульсов может значительно улучшить передачу и обработку информации.

Роль линз в преобразовании Фурье

Концепция линз является неотъемлемой частью понимания преобразования Фурье. Например, стеклянная линза может фокусировать монохроматический пучок света в одну точку, изменяя угол падения. Изменяя этот угол, можно изменять положение фокуса. Такое поведение линзы позволяет преобразовывать углы падения в положения, эффективно имитируя принципы преобразования Фурье в пространстве направлений и положений.

Временные и частотные линзы работают аналогично стеклянным линзам, позволяя преобразовывать длительность импульса в его спектральное распределение или выполнять преобразование Фурье во временном и частотном пространстве. При тщательном подборе мощности этих линз становится возможным выполнение дробного преобразования Фурье. В случае оптических импульсов это предполагает наложение квадратичных фаз на сигнал.

Цитаты и мнения экспертов

Доктор Анна Фрачек (Anna Fraczek), научный сотрудник физического факультета Варшавского университета, делится своим мнением о значимости полученного результата: "Наша экспериментальная реализация дробного преобразования Фурье с использованием квантовой памяти открывает новые возможности для манипулирования и анализа оптических импульсов. Эта методика способна произвести революцию в таких областях, как спектроскопия и телекоммуникации, повысив точность и обеспечив более эффективную обработку сигналов".

Профессор Марек Кус, директор Центра квантовых оптических технологий QOT, добавляет: "Успешная реализация этого преобразования с использованием квантовой памяти является свидетельством огромного потенциала квантовых технологий в развитии различных научных дисциплин. Он демонстрирует силу междисциплинарного сотрудничества и открывает путь к дальнейшему изучению приложений с использованием квантовых технологий".