Физики построили квантовый усилитель на базе искусственного атома

Физики из Японии, России, Узбекистана и Великобритании построили квантовый усилитель на базе искусственно созданной трёхуровневой системы, имитирующей атом.

Любой усилитель сигнала, работа которого основывается на неких неклассических эффектах, принято называть квантовым; примером подобного устройства служит активный элемент лазера. Настраиваемый и полностью управляемый усилитель такого рода можно реализовать на базе одного атома или молекулы, но экспериментировать с естественными системами чрезвычайно трудно. Авторы пошли по другому пути: они сконструировали аналог атома с использованием сверхпроводящей петли макроскопических размеров с четырьмя переходами Джозефсона (тонкими слоями диэлектрика, отделяющими сверхпроводники друг от друга).

Опыты проводились при температуре в 40 мК. «Принципы работы нашего устройства и обычного лазера схожи, — рассказал один из авторов исследования Абдуфаррух Абдумаликов из Физико-технического института НПО «Физика-Солнце» АН Республики Узбекистан в интервью сайту PhysOrg. — У «атома» есть три отдельных энергетических уровня, положения которых можно изменять с помощью внешнего магнитного поля. Основная задача, как и в случае с лазером, заключается в том, чтобы создать инверсию населённостей. С этой целью мы подаём СВЧ-излучение на частоте, отвечающей переходу из основного состояния во второе возбуждённое. После этого подаётся усиливаемый сигнал, который соответствует переходу из основного состояния в первое возбуждённое».

Значение зарегистрированного в эксперименте усиления доходило до 1,09 (то есть на каждые 100 падающих фотонов излучалось 109 частиц). Теоретический максимум установлен на уровне 1,125.

В прошлом месяце эта же научная группа, напомним, реализовала эффект электромагнитно-индуцированной прозрачности в эксперименте с аналогичной трёхуровневой квантовой системой.

Полная версия отчёта опубликована в журнале Physical Review Letters; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.

Подготовлено по материалам: science.compulenta.ru