Все новости от 22 января 2007 г.

Новое достижение в оптике: фотонная память

В первых опытах изображение состоит всего из нескольких сотен пикселов, но в принципе новая технология позволяет хранить огромное количество информации.

Первое изображение, сохраненное и воспроизведенное посредством единственного фотона

Изображение символа UR (University of Rochester) получено с использованием единственного импульса света, а в 10-см элементе задержки может одновременно находиться сто таких импульсов. Это открывает возможности для создания оптических буферов — в которых информация хранится в форме света. «В это трудно поверить, но вместо отдельных единиц и нулей мы записываем изображение целиком, — говорит Джон Хауэлл, адъюнкт-профессор физики и руководитель группы, создавшей устройство, которое описано в онлайновом выпуске журнала Physical Review Letters за 19 января. — Это все равно, что хранить изображение, снятое 6-мегапиксельной камерой, в одном пикселе».

Схема кодирующего устройства

В импульсе света содержится огромный объем информации, но при попытке воспроизвести ее большая часть этой информации обычно теряется, — поясняет аспирант Хауэлла и автор статьи Райан Камачо. — Мы демонстрируем возможность извлекать эту информацию с чрезвычайно высоким отношением сигнал/шум даже при очень слабом свете».

Сегодня оптические буферы — особенно горячая тема. Инженеры стараются ускорить работу компьютеров и сетей, используя свет, но дело упирается в то, что для задержки даже на самое короткое время световые сигналы приходится преобразовывать в электронные.

Группа Хауэлла применила принципиально новый подход, при котором сохраняются все характеристики импульса. Он почти не искажается ни по фазе, ни по амплитуде и не испытывает дополнительной дифракции. Хауэлл работает даже над демонстрацией сохранения неизменной запутанности квантовых состояний.

Чтобы создать изображение UR, Хауэлл просто пропускает луч света сквозь трафарет с выгравированными на нем буквами U и R, но ослабляет импульс настолько, чтобы через трафарет проходил всего один фотон. По законам квантовой механики фотон можно считать одновременно частицей и волной. Как волна он охватывает весь трафарет, создавая «тень» в форме UR. Затем этот импульс направляется в 10-см трубку, заполненную парами цезия при температуре 100ºС, где он замедляется и сжимается, так что в одной такой трубке может одновременно находиться множество импульсов.

Хауэллу пока удалось задерживать импульсы света на 100 нс и сжимать их до 1% от первоначальной длины. Сейчас группа работает над задержкой десятков импульсов на несколько миллисекунд и 10 тыс. импульсов на наносекунду. «Я хочу проверить, можно ли хранить хотя бы один фотон почти постоянно, — говорит он. — Если это удастся, мы получим принципиальную возможность записывать невероятное количество данных всего несколькими фотонами». 

 Предыдущие публикации:

 В продолжение темы: