Các nhà nghiên cứu từ Khoa Vật lý của Đại học Warsaw, phối hợp với các chuyên gia từ Trung tâm Công nghệ Quang học Lượng tử QOT, đã đi tiên phong trong công nghệ cải tiến cho phép biến đổi Fourier phân đoạn của xung ánh sáng bằng bộ nhớ lượng tử. Thành tựu này là duy nhất trên toàn thế giới vì nhóm là nhóm đầu tiên thực hiện được sự biến đổi trên trong một hệ thống như vậy bằng thực nghiệm.
Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí nổi tiếng "Physical Review Letters". Trong công việc của mình, các sinh viên đã thử nghiệm việc triển khai các phép biến đổi Fourier phân đoạn bằng cách sử dụng các xung ánh sáng kép, còn được gọi là trạng thái "con mèo Schrödinger".
Sóng (giống như ánh sáng) có đặc tính riêng - thời lượng và tần số xung (trong trường hợp ánh sáng, tương ứng với màu của nó). Hóa ra những đặc tính này có liên quan với nhau thông qua một phép toán gọi là phép biến đổi Fourier, phép biến đổi từ mô tả sóng theo thời gian sang mô tả phổ sóng theo tần số.
Biến đổi Fourier phân đoạn là dạng tổng quát của biến đổi Fourier cho phép chuyển từ mô tả phần thời gian của sóng sang mô tả tần số của sóng. Về mặt trực quan, nó có thể được hiểu là sự xoay phân bố của tín hiệu đang xét (ví dụ, hàm Wigner theo chu kỳ thời gian) theo một góc nhất định trong miền tần số thời gian.
Kiểu biến đổi này đã được chứng minh là rất hữu ích trong việc thiết kế các bộ lọc quang phổ-thời gian đặc biệt, không chỉ để loại bỏ nhiễu mà còn tạo ra các thuật toán khai thác các đặc tính lượng tử của ánh sáng để phân biệt các xung có tần số khác nhau chính xác hơn các phương pháp truyền thống. Điều này đặc biệt quan trọng trong lĩnh vực quang phổ, giúp nghiên cứu tính chất hóa học của các chất và viễn thông, đòi hỏi truyền và xử lý thông tin có độ chính xác cao, tốc độ cao.
Thấu kính thủy tinh thông thường có thể tập trung chùm ánh sáng đơn sắc chiếu vào nó đến gần một điểm (tiêu điểm). Việc thay đổi góc tới của ánh sáng trên thấu kính sẽ làm thay đổi vị trí tiêu điểm. Điều này chuyển đổi góc tới thành vị trí, thu được các biến đổi Fourier tương tự về hướng và không gian vị trí. Máy quang phổ cổ điển dựa trên cách tử nhiễu xạ khai thác hiệu ứng này để chuyển đổi thông tin bước sóng của ánh sáng thành thông tin vị trí, cho phép chúng ta phân biệt các vạch quang phổ.
Tương tự như thấu kính thủy tinh, thấu kính thời gian và tần số cũng có thể chuyển đổi thời lượng của xung thành phân bố quang phổ hoặc thực hiện biến đổi Fourier một cách hiệu quả trong không gian thời gian và tần số. Bằng cách chọn chính xác công suất của thấu kính này, phép biến đổi Fourier phân đoạn có thể được thực hiện. Trong trường hợp xung ánh sáng, thấu kính thời gian và tần số đóng vai trò là sự biến đổi pha thứ cấp của tín hiệu.
Để xử lý tín hiệu, các nhà nghiên cứu đã sử dụng bộ nhớ lượng tử - hay chính xác hơn là bộ nhớ có khả năng xử lý ánh sáng lượng tử - dựa trên một cụm nguyên tử rubidium được đặt trong bẫy quang từ. Nguyên tử được làm lạnh đến nhiệt độ xác định. Bộ nhớ được đặt trong một từ trường thay đổi, cho phép các thành phần có tần số khác nhau được lưu trữ ở các phần khác nhau của đám mây nguyên tử. Các xung phải chịu sự điều chỉnh theo thời gian trong quá trình ghi và đọc cũng như điều chỉnh tần số trong quá trình lưu trữ.
Thiết bị được phát triển tại Đại học Washington có thể lập trình triển khai ống kính này trên một phạm vi thông số rất rộng. Xung kép dễ bị mất kết hợp đến mức nó thường được so sánh với con mèo Schrödinger nổi tiếng - một sự chồng chất vĩ mô quay trở lại từ cõi chết và gần như không thể đạt được bằng thực nghiệm. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã có thể điều khiển một cách trung thực các trạng thái xung kép mỏng manh này.
Bài viết này là kết quả nghiên cứu của Phòng thí nghiệm Thiết bị Quang học Lượng tử và Phòng thí nghiệm Bộ nhớ Lượng tử của Trung tâm "Công nghệ Quang học Lượng tử". Hai sinh viên thạc sĩ đã tham gia vào công việc này: Stanislaw Kurzyna và Marcin Jastrzebski, hai sinh viên chưa tốt nghiệp Bartosz Niewelt và Jan Nowosielski, Tiến sĩ Mateusz Mazelanik, và trưởng phòng thí nghiệm, Tiến sĩ Michal Parniak và Giáo sư Wojciech Wasilewski đã tham gia vào công việc này. Nhờ những thành tích này, BartoszNiewelt cũng đã nhận được giải thưởng tài trợ diễn thuyết tại hội nghị DAMOP gần đây ở Spokane, Washington.
Phương pháp này trước tiên phải được ánh xạ tới các bước sóng và dải thông số khác trước khi áp dụng trực tiếp vào lĩnh vực viễn thông. Tuy nhiên, phép biến đổi Fourier phân đoạn rất quan trọng đối với các máy thu quang trong các mạng hiện đại, bao gồm cả các liên kết vệ tinh quang. Bộ xử lý ánh sáng lượng tử được phát triển tại Đại học Washington có thể tìm và thử nghiệm giao thức mới này một cách hiệu quả.