پالس‌های تک فوتون با پهنای باند زیاد می‌توانند، گرچه گذرا، با محیط‌های اتمی برهمکنش قوی داشته باشند.

فوتون‌ها با یکدیگر و با راه‌هایی که از میان آن‌ها می‌گذرند برهمکنش ضعیفی دارند. این جفت شدگی ضعیف برای فناوری‌های اطلاعات کوانتومی شمشیر دولبه‌ محسوب می‌شود: از طرفی تک فوتون‌ها حامل‌های بار خوبی برای اطلاعات هستند و از طرف دیگر برای پردازش و ذخیره‌ی آن محیط ضعیفی به شمار می‌روند. یکی از راه حل‌ها، روش هیبرید فوتون-اتم است که در آن اتم‌ها برای پردازش و ذخیره‌ی اطلاعات کوانتومی و فوتون‌ها برای انتقال آن استفاده می‌شوند. اما این روش نیازمند برهمکنش قوی اتم-فوتون است تا تبادل اطلاعات بین آن دو را ممکن کند. مارکو بلینی Marco Bellini و همکارانش از موسسه‌ی ملی اپتیک در ایتالیا، نشان داده‌اند که پالس‌های تک فوتون که هم بسیار کوتاه بوده و هم پهنای باند زیادی دارند، ممکن است راهی برای رسیدن به چنین برهمکنشی فراهم آورند.

تصور بر این است که برای برهمکنش قوی بین اتم-فوتون باید فوتون‌هایی با پهنای کم داشته باشیم که فرکانس آن‌ها با گذار الکترونی اتم برابر باشد. بلینی و همکارانش نشان دادند که لزوماً چنین نیست. این پژوهشگران با استفاده از نوع ارتقاء یافته‌ای از آشکارسازی هوموداین homodyne- روشی برای تحلیل سیگنال‌های اپتیکی- خواص یک تک فوتون پهن‌باند را پس از عبور آن از محیطی اتمی با پهنای باندی بسیار کمتر از پهنای باند پالس بررسی کردند. آن‌ها دریافتند که محیط، شکل زمانی پالس را قویاً تغییر داده و لوب‌هایی مثبت و منفی ایجاد کرده‌ است که مساحت پالس را صفر می‌کند. چنین پالسی با مساحت صفر-که تا قبل از این در تک فوتون‌ها دیده نشده بود- نشانه‌ی آشکاری است که بین فوتون و اتم‌ها برهمکنش قوی اتفاق افتاده است. این برهمکنش، به عنوان مثال، می‌تواند برای نگاشت حالت کوانتومی یک فوتون به حالت جمعی چندین اتم مورد استفاده قرار بگیرد.

تحقیق فوق در Physical Review Letters به چاپ رسیده است.  

منبع

A Short but Strong Encounter