• Eesti Füüsika Selts
    • Eesti Füüsika Selts
    • Eesti füüsikapäevad ja füüsikaõpetajate päevad
      • 2017.a. füüsikapäevad
      • 2016.a. füüsikapäevad
      • 2015. a. füüsikapäevad
      • 2003.a. füüsikaõpetajate päev
    • EFS Täppisteaduste Suve- ja Sügiskoolid
      • 2017.a. sügiskool
      • 2016.a. sügiskool
      • 2015.a. sügiskool
      • 2014.a. sügiskool
      • 2013.a. suvekool
      • 2013.a. sügiskool
      • 2012.a. suvekool
      • 2012.a. sügiskool
      • 2011. a. suvekool
      • 2010. a. suvekool
      • 2010.a. sügiskool
      • 2009.a. sügiskool
      • 2008.a. suvekool
      • 2008.a. sügiskool
      • 2007. a. suvekool
      • 2007.a. sügiskool
      • 2006.a. suvekool
      • 2005.a. suvekool
      • 2005.a. sügiskool
      • 2004.a. suvekool
      • 2004.a. sügiskool
    • Füüsika õpetajate sügisseminarid Voorel
      • Voore 2017
      • Voore 2015
      • Voore 2011
      • Voore 2009
    • EFS aastaraamatud
    • Teadusbuss
    • Teaduslaagrid
    • FKB õpikojad
    • Akadeemiline füüsikaolümpiaad
    • Tähe perepäevad TÄPE

FYYSIKA.EE

Elu, loodus, teadus ja tehnoloogia

  • Arvamus ja Inimesed
    • Arvamus
    • Persoon
  • Eestist endast
    • Teated
  • Teadusuudised
    • Eesti teadusuudised
      • Tartu Ülikool
      • KBFI
      • Tallinna Tehnikaülikool
      • Tõravere Observatoorium
    • FYYSIKA.EE hoiab silma peal – Teemad
    • Referaadinurgake
    • Päevapilt
  • RSS teletaip
    • RSS Füüsikaharidus
    • RSS Kosmos
    • RSS Teadus
    • RSS Arvamus
    • RSS Tehnoloogia
  • Füüsika koolis
    • Füüsikaõpetajate võrgustik
    • TÜ koolifüüsika keskus
    • EFS füüsikaõpetajate osakond
    • Eesti füüsikaolümpiaadid
    • Videod ja simulatsioonid
    • Füüsika e-õpikud
    • Lahedad projektid
  • Kontakt

Esimene, kiire ja kiirem

19.04.2012 by Anu Mets Leave a Comment

PML’i Kvantmõõtmise osakonna teadlased said esmakordselt valguse kiirust ületavad valgusimpulsid mittelineaar-optilise efekti – nelja laine segunemise (four-wave mixing) abil. Uurijad tekitasid kaks valgusimpulssi, mille tipud levivad kiiremini kui valgus vaakumis.

Laserijahutuse ja -lõksustamise töörühma uurija Paul Lett koos kolleegidega tutvustab teadusajakirja Physical Review Letters vastilmuvas numbris uut „kiire valguse“ genereerimise meetodit. Selle abil said nad impulsi, mis läbib 1,7 cm-se vahemaa kuni 50 nanosekundit kiiremini, kui sellel kuluks vaakumit läbides, kirjutab Phys.org.

Joonis 1. Skemaatiline diagramm PML’i Laserijahutuse ja -lõksustamise töörühmas teostatud kiire valguse eksperimendist. Paremal üleval on näidatud rubiidiumi aatomi energiatasemed, mis olid eksperimendi jaoks olulised. Vasakul all on esitatud sageduste lahkuhäälestuse ja võimenduse vahekord. Pilt: Phys.org

Uurimustöö tulemustel võib olla oluline mõju optilistele kommunikatsioonisüsteemidele, mille signaalikvaliteeti võib saada parendada impulsi kiirendamise või aeglustamisega. Lisaks annab „iduimpulsside“ ja konjugeeritud e. pöördimpulsside vaheliste korrelatsioonide uurimine põhilisi teadmisi kvantsidususest ning võib endaga kaasa tuua võimalikke rakendusi tuleviku kvant-infotöötluses.

Mitmed valgusest kiiremate impulsside tekitamise meetodid tuginevad eri lainepikkusega valgusest koosneva impulsi saatmisel läbi mittelineaarse võimenduskeskkonna. Selle keskkonna dispersiooniomadused (see tähendab, kuidas keskkond muudab seal levivate lainete faasikiirust) põhjustavad impulsi eri lainepikkustega komponentide ajalise nihke nii, et impulsi tippu nihutatakse ettepoole, mis tekitab tervele lainegrupile näiva valguse kiirusest suurema kiiruse. On võimalik saada vastupidiselt ka „aeglase valguse“ impulsse tingimuste ümberkohandamisega nii, et impulsi tippu nihutatakse tahapoole.

PML’i nelja laine segunemise katses (vt Joonis 1) saadavad uurijad koos pumpava laserikiirega sellest erineva sagedusega idu-kiire impulsse kuumutatavasse kambrisse, mis sisaldab võimenduskeskkonda, atomaarse rubiidiumi auru. Keskkonnas võimendatakse iduimpulssi ja selle tippu nihutatakse ettepoole nii, et tulemusena impulss justkui liigub valguse kiirusest kiiremini.  Keskkonnas levivate valgusväljade vastasmõju tulemusel tekib lisaks niinimetatud konjugeeritud valgusväli e. „pöördimpulss“. See impulss on nime saanud oma matemaatilise suhte tõttu „iduga“. Teadlased avastasid, et ka selle tipp võib liikuda kiiremini kui muundamata võrdlusimpulss liiguks vaakumis. Samuti võib seda häälestada aeglasemalt liikuma.

Joonis 2. Kiire valguse tekitamiseks kasutati eelmistes eksperimentides võimendusspektri kaksikpiike (a), millele vastavais murdumisnäitaja sagedussõltuvuses on ulatuslik punasega märgitud lineaarse dispersiooni piirkond. NISTi eksperimendis kasutati võimendusspektri üksikpiigi külgi (b), millele vastava dispersioonikõvera punasega märgitud piirkond toodaks kiiret valgust ning mustaga rõhutatud piirkond toodaks aeglast valgust. Pilt: Phys.org

Joonisel 2a on näidatud keskkonna võimendusteguri ja vastava murdumisnäitaja sagedussõltuvust graafiliselt. Spektrijoone e. piigi negatiivse kallakuga alad vastavad tingimustele, mil impulsi erineva sagedusega koostisosad „näevad“ erinevat muutust murdumisnäitajas, kui impulss läbib keskkonda. See põhjustab impulsi saeduskomponentide omavahelist ümberfaseerumist ja seeläbi impulsi tipu  moodustumist eespool kohast, kus see oleks pidanud olema. Uurijad on võimelised tekitama seesugust dispersiooni, „pumbates“ võimenduskeskkonda õigete sagedustega. Letti sõnul on selle meetodi probleemiks asjaolu, et võimenduspiigid on tihti teineteisest nii kaugel, et murdumisnäitaja kõvera kallak nende vahel pole kuigi järsk. Seetõttu pole ka tulemuseks saadav valgusimpulsi maksimumi liikumine normaalsest kuigivõrd kiirem.

Selle asemel kasutasid uurijad Ryan Glasser ja Ulrich Vogl meetodit, mis on sarnasem aeglase valguse genereerimiseks kasutatavale (näidatud joonisel 2b). Eraldiseisva üksiku võimendusteguri piigi vasakule küljele vastab tugeva negatiivse kallakuga dispersioon kitsa sagedusala keskel. Selle tõttu  sinna alasse häälestatud sagedusribaga impulss aeglustub. Häälestades aga laseri sageduse võimenduse haripunktist  veidi paremale, olid teadlased võimelised ära kasutama  teistsugusele dispersioonikõvera osale, millel on järsk positiivne kallak. See  viib taas kiirevalguse tekkele aeglase valguse asemel. Kuna see kallak on järsem kui võimendusteguri kaksikpiigi vahel, on impulsside kiiruse muutus siin suurem.

Joonis 3. Eelnev uurimustöö kvantinformatsiooni kirjutamisega valguskiirde näitas, kuidas kassi näo kujutist, mis tekkis valguse saatmisel läbi maski, oleks võimalik edasi saata. Selle tulemuseks oleks korrelatsioonis olevad põimunud footonitega kujutised. Nelja laine segunemine võimendab esialgset pilti ja genereerib teise, millel lokaalne intensiivsus ja faas korreleeruvad esimese pildiga. Pilt: Phys.org

Kommunikatsiooniuurijad pakkusid välja, et aeglane valgus võib käituda kontrollitava viivisliinina või salvestuskeskkonnana kvantinformatsiooni kandva valguse jaoks. Teise võimalusena võib Letti rühma poolt vaadeldud kiire konjugeeritud valgusimpulss olla kvantinformatsiooni registreerimismeetodite edendajaks, kui kiire valgus peaks sisaldama kvantsidusust säilitama kvant-koherentsust. (NISTi teadlased rõhutasid, et ehkki informatsiooni detekteerimist oleks niimoodi võimalik parendada, ei saaks informatsioon levida valguse kiirusest (vaakumis) kiiremini ja järelikult nendes eksperimentides ei rikutud selliseid füüsika alusprintsiipe nagu põhjuslikkus erirelatiivsusteoorias.)

Uurimisrühm on juba demonstreerinud pildi ülekannet, suunates idukiirekimbu läbi maski enne kui see katsekambrisse suunati. (Vt. joonis 3.) Uues uurimusess levib kujund kanbriõõnsuses kiiremini kui etalonpilt, kuid see moondub ruumis ja ajas. Lett põhjendab moondumist muutustega idukiire intensiivsuses ja auruõõnsuses endas. „Erinevates pildi piirkondades on näha erinevust valguse edenemises,“ sõnas ta.

Üheks võimalikuks viisiks, kuidas konjugeeritud kujutist parendada, on vähendada auruõõnsuses olevat temperatuuri ebaühtlust. Lett ja Glasser arvavad aga, et selle moondumise võiks eemaldada pumpava laseri võimsuse tõstmine ja ühtlasema valguskiire loomine.

Lisaks peavad teadlased kindlaks tegema, kuivõrd kahjustab eksperimendiseade ise valguses oleva informatsiooni kvaliteeti. Kõrge ja madala sagedusega idukiire spektraalkomponendid jäävad kiiret valgust andvast  sagedusvahemikust välja, nagu näha joonisel 2, ja moondavad impulsse. See tähendab, et uurijad peavad seadma tingimuse, otsustamaks, millal jõudis impulssi sisaldav informatsioon nende detektorini. Nad pakkusid lahendusena välja sujuva kujuga impulsside kasutamise, mille spekter on piisavalt kitsas, mahtumaks eelpool mainitud spektripiirkonda, kuid samas jälgides ka pildis sisalduva ruumilise informatsiooni signaal-müra suhet. Lett on tulemuse suhtes endiselt lootusrikas: „Me võime jälgida, et see suhe oleks piisavalt hea ja ühtlasi tõdeda, et me võime lükata informatsiooni lugemist ettepoole ja öelda, et reaalse detektori ja reaalsete impulsside korral oleme võimelised registreerima informatsiooni saabumist varem.“

Peamiseks väljakutseks, mis eksperimendi käigus ette tuli, oli pumpava laseri sageduse stabiilsus. Glasseri sõnul oli neil raskusi „laseri kohendamisel, et see korralikult käituks ja oleks ühemoodiline üle meid huvitavate sageduste vahemiku. See oli tõenäoliselt kõige masendavam aspekt.“ Lisaks polnud teadlased neil sagedustel võimelised leidma kaubanduslikult kättesaadavat lasersüsteemi, mis andnuks vajaliku optilise võimsuse.

Üks kohene rakendus, mida meeskond sooviks selle süsteemi jaoks uurida, on kvant-vastuolu. Matemaatiliselt defineerib kvant-vastuolu kvantinformatsiooni, mida kannavad kaks korrelatsioonis olevat süsteemi, mis käesoleval juhul on idu- ja konjugeeritud impulss. On võimalik, et valguse kiirendamine või aeglustamine tooks süsteemi müra, mis hävitaks kahe süsteemi põimituseks vajalikukvant-koherentsi. Kiirete kiirte ja tugikiirte vahelise kvant-ebakõla mõõtmisega loodab uurijate meeskond määrata, kui kasulik oleks kiire valgus kvantinformatsiooni edastamisel ja töötlemisel.

Allikas

Teadusartikkel: „Stimulated generation of superluminal light pulses via four-wave mixing“

Tõlke korrektsusele aitas kaasa akadeemik Peeter Saari.

Teised selle mõtteraja postitused

  1. Kvantoleku nõrk mõõtmine – otsekui kollapsi aegvõte
  2. Loodi maailma kiireim vurr
  3. Esmakordne Van der Waalsi jõu otsemõõtmine
  4. Avastati tehislikud magnetmonopoolid
  5. Füüsik esitas idee kvantvahu tuvastamiseks
  6. Valmistati nähtamatu fotodetektor
  7. Teadlased leidsid uue viisi superluminaalsete impulsside genereerimiseks
  8. Kvanttunneleerimise kontrollimine valguse abil
  9. Kvantfüüsikud selgitavad põimituse ja mittelokaalsuse vahelist suhet
  10. Kvantkasse on raske näha

Filed Under: Teadusuudised Tagged With: kvantnähtused

Leave a Reply Cancel reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

FYYSIKA.EE hoiab silma peal

biofüüsika Elementaarosakesed ja LHC eksperiment Grafeen&Grafaan Inimene kosmos maa IPhO2012 Kauged planeedid Kliima‑ ja ilmaennustused Kuidas saada nähtamatuks Kvantarvutid kvantnähtused Kütuseelemendid Maavälise elu otsingud Magnetmaterjalid Materjalimaailm nanotehnoloogia Saagu valgus Tehnovidinad Tulevikuenergia Tumeenergia ja tumeaine Tuumafüüsika Vaata sissepoole ülijuhid

Värskemad kommentaarid

  • weat5her { Vastavalt voistluse tulemustele arvatakse juulis Sveitsis toimuva rahvusvahelise fuusikaolumpiaadi Eesti voistkonna liikmeteks Kristjan Kongas, Taavet Kalda, Kaarel Hanni, Jonatan Kalmus ja Richard Luhtaru. }
  • lambda { Huvitav ja informatiivne ülevaade astrofüüsika hetkeseisu kohta. Paar väikest apsu tõid tõsisele tekstile lõbusat vaheldust ja panid peas helisema lambada-rütmid, kui lugesin, et „varsti hakkasid... }
  • test { Mis kell see seminar siis on kah? }
  • Aigar { YYSIKA.EE planeerib ühe sellise palli lennutamist 22. aprillil 2015.a. - Kuidas läks? }

Sõbrad Facebook'is

Meid toetavad:

Copyright © 2021 · News Pro Theme on Genesis Framework · WordPress · Log in