Une fenêtre de transparence apparaît dans un ensemble d'ions – Physics World

Des physiciens américains ont découvert un « interrupteur » à base de laser qui rend un échantillon d'ions complètement transparent à certaines fréquences. Travaillant au California Institute of Technology (Caltech), l'équipe a découvert que lorsqu'ils couplaient des ions ytterbium (Yb³⁺) à un résonateur nanophotonique et les a fortement excités avec une lumière laser, les ions ont brusquement cessé de réfléchir la lumière aux fréquences associées à leurs vibrations. Cet effet, que l'équipe appelle "transparence induite collectivement", pourrait avoir des applications dans les dispositifs optiques quantiques.

"Nous avons découvert le phénomène en essayant de développer des techniques pour contrôler les atomes d'ytterbium couplés à une cavité optique à l'aide de la lumière laser", co-chef d'équipe Andreï Faraon raconte Monde de la physique. La cavité, qui mesure 20 microns de diamètre, contient environ un million d'Yb³⁺ ions. En tant que groupe, ces ions vibrent à une large distribution de fréquences, mais Faraon explique que chaque ion individuel ne vibre que dans une plage de fréquences très étroite.

"Lorsqu'il est sondé avec un laser de moindre puissance, le système est opaque", poursuit-il. "Lorsque le laser est accordé à une fréquence exactement au milieu de la distribution de fréquence, cependant, et que sa puissance augmente, le système devient transparent."

Semblable à une interférence destructrice

Cet effet de transparence sélective est lié à la façon dont les ions oscillent par rapport au laser, explique Faraon. Il le compare au phénomène bien connu d'interférence destructrice, dans lequel les ondes provenant de deux sources ou plus s'annulent. Dans le système étudié dans ce travail, les groupes d'ions absorbent et réémettent de la lumière en continu. Normalement, ce processus de réémission signifie que la lumière laser est réfléchie. Cependant, à la fréquence de transparence induite collectivement, quelque chose de très différent se produit : la lumière réémise par chacun des ions d'un groupe s'équilibre, entraînant une diminution spectaculaire de la réflexion.

La cavité atomique voit deux fois le même photon

Outre la transparence induite collectivement, Faraon et ses collègues ont également observé que l'ensemble des ions peut absorber et émettre de la lumière beaucoup plus rapidement ou plus lentement qu'un seul ion en fonction de l'intensité du laser. Ces processus sont connus sous le nom de super-radiance et de sous-radiance, respectivement, et ne sont pas bien compris. Même ainsi, les chercheurs affirment que ce modèle d'émission optique hautement non linéaire pourrait être exploité pour créer des technologies optiques quantiques plus efficaces. Les exemples pourraient inclure des mémoires quantiques dans lesquelles les informations sont stockées dans un ensemble d'ions fortement couplés, ainsi que des lasers super-radiants à semi-conducteurs pour des interconnexions quantiques basées sur un ensemble dans des processeurs d'informations quantiques.

La recherche est décrite dans Nature.

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• La source: https://physicsworld.com/a/transparency-window-appears-in-an-ensemble-of-ions/