Naukowcy z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego we współpracy z ekspertami z Centrum Kwantowych Technologii Optycznych QOT z sukcesem przeprowadzili ułamkową transformatę Fouriera impulsów optycznych z wykorzystaniem pamięci kwantowej. Ta innowacyjna technika jest pierwszą eksperymentalną implementacją konwersji w tego typu układach. Wyniki badań opublikowano w prestiżowym czasopiśmie Physical Review Letters .

Fale takie jak światło mają unikalne właściwości, które określają ich charakterystykę, w tym czas trwania i częstotliwość impulsu. Właściwości te są ze sobą powiązane za pomocą operacji matematycznej zwanej transformatą Fouriera. Operacja ta pozwala nam przejść od opisu fali w czasie do opisu jej widma w częstotliwościach.

Ułamkowa transformata Fouriera jest rozszerzeniem transformaty Fouriera, które umożliwia częściowe przejście od opisu w czasie do opisu częstotliwości. Koncepcyjnie można to traktować jako rotację rozkładu sygnału w dziedzinie czasu i częstotliwości.

Transformacje takie jak ułamkowa transformata Fouriera okazały się przydatne w tworzeniu wyspecjalizowanych filtrów czasowo-widmowych do usuwania szumu oraz w opracowywaniu algorytmów wykorzystujących kwantową naturę światła do dokładnego rozróżniania impulsów o różnych częstotliwościach. Ma to istotne implikacje dla takich dziedzin jak spektroskopia i telekomunikacja.

Spektroskopia odgrywa kluczową rolę w badaniu właściwości chemicznych materii, a umiejętność wykorzystania właściwości kwantowych zwiększa dokładność i wiarygodność analizy danych spektralnych. W telekomunikacji, gdzie najważniejsza jest wysoka dokładność i szybkość, zastosowanie pamięci kwantowej do rozróżniania impulsów o różnej częstotliwości może znacząco usprawnić przesyłanie i przetwarzanie informacji.

Koncepcja soczewek jest integralną częścią zrozumienia transformaty Fouriera. Na przykład szklana soczewka może skupić monochromatyczną wiązkę światła w jednym punkcie, zmieniając kąt padania. Zmieniając ten kąt, możesz zmienić położenie ostrości. Takie zachowanie soczewki pozwala na przekształcenie kątów padania na pozycje, skutecznie symulując zasady transformaty Fouriera w przestrzeni kierunków i położeń.

Soczewki czasu i częstotliwości działają podobnie jak soczewki szklane, umożliwiając przekształcenie czasu trwania impulsu na jego rozkład widmowy lub wykonanie transformaty Fouriera w przestrzeni czasu i częstotliwości. Dzięki starannemu doborowi mocy tych soczewek możliwe staje się wykonanie ułamkowej transformaty Fouriera. W przypadku impulsów optycznych wiąże się to z kwadratową superpozycją fazową sygnału.

Dr Anna Fraczek, pracownik naukowy Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, dzieli się swoją opinią na temat znaczenia wyniku: „Nasza eksperymentalna implementacja ułamkowej transformaty Fouriera z wykorzystaniem pamięci kwantowej otwiera nowe możliwości dla manipulacja i analiza impulsów optycznych. Technika ta może zrewolucjonizować dziedziny takie jak spektroskopia i telekomunikacja, zwiększając precyzję i umożliwiając bardziej wydajne przetwarzanie sygnałów.

Profesor Marek Kuś, dyrektor Centrum QOT Kwantowych Technologii Optycznych, dodaje: „Pomyślne wdrożenie tej transformacji z wykorzystaniem pamięci kwantowej świadczy o ogromnym potencjale technologii kwantowych w rozwoju różnych dyscyplin naukowych. Pokazuje siłę współpracy interdyscyplinarnej. i toruje drogę do dalszych poszukiwań zastosowań wykorzystujących technologie kwantowe”.