С древнейших времен текст писали на бумаге, на папирусе, бересте или выбивали на глиняной табличке. И неудивительно: атомы этих тел сравнительно малоподвижны и способны надолго запечатлеть информацию. Мало кому придет в голову сохранять данные, скажем, в газообразной среде, где выглядит все так хаотично. Но физики научились не только сохранять, но и считывать информацию даже в таких условиях.

Слева — исходное изображение, в центре — изображение, замедленное в газе на 6 мкс, справа — еще на 2 мкс («Фотошоп» не использовался)
Сохранение картинок на разное время: в левом столбце — теоретически ожидаемый результат, в правом — полученный экспериментально

Группа израильских физиков использовала для своих экспериментов атомарный пар рубидия, в котором изображение удалось сохранять в течение 30 микросекунд. Им пришлось разработать методику улучшения качества полученного изображения, которая минимизирует эффекты свободной диффузии атомов.

«Основные концепции сохранения изображения, как и варианты его практического применения, были выдвинуты еще несколько лет назад, — говорит один из участников исследования Моше Шукер (Moshe Shuker). — Тогда появилась статья группы Джона Хоуэлла (John Howell), в которой была показана возможность «задерживать» изображение на фотоне на несколько наносекунд (Мы писали об этом исследовании в заметке «Квантовая тень» — ПМ). Мы задумались, возможно ли действительно в газе сохранять изображение, и насколько долго?»

Суть использованной израильтянами техники состоит в следующем. Сперва изображение (к примеру, цифра 2, как на рисунке слева) кодируется в световом импульсе. Затем он подается на резервуар, заполненный атомарным газом, где поглощается и возбуждает его атомы. Если затем облучить газ еще одним световым импульсом, они перейдут на новое квантовое энергетическое состояние и испустят поглощенные ранее фотоны с характеристиками, связанными с параметрами первого луча. Это явление называется электромагнитно-индуцированной прозрачностью и позволяет физикам для некоторых задач «замедлять» свет в газовой среде — ведь испущенный луч, по сути, является тем же, что и первоначальный, только слегка изменившимся. Более того, известно, что если подавать второй импульс с некоторой задержкой, какое-то время параметры первого (а значит — и закодированная в нем информация) будут сохраняться в атомах газа.

Именно таким способом физики сумели в «горячем» (52О С) атомарном пару рубидия сохранить изображение на 30 мкс — что равноценно замедлению исходного светового импульса до скорости всего 8 км/с. «Во время хранения внутри системы нет других световых полей, — поясняет Моше Шукер. — Вся информация, которую нес кодирующий луч, «трансформируется» в квантовое состояние атомов пара».

Хранить информацию в газе — или, говоря более наукообразно «конвертировать оптические данные в атомарное когерентное состояние», может понадобиться в будущих квантовых вычислительных устройствах. О других исследованиях, приближающих появление этих чудо-компьютеров, на порядки более экономных и на многие порядки более мощных, чем все, что существует сегодня, читайте: «Письмо квантовыми точками».

По публикации PhysOrg.Com