Регистрация суперсверхтонкого расщепления сверхтонкого перехода в режиме электромагнитно-индуцированной прозрачности

В настоящее время активно разрабатываются базовые элементы квантовых вычислений, систем связи и измерений на основе ансамблей примесных центров в твёрдом теле (неорганические кристаллы, активированные редкоземельными металлами, вакансионные центры в алмазе и т. д.). Такие твердотельные системы вызывают большой интерес благодаря своим выдающимся когерентным свойствам, стабильной флуоресценции и удобным для приложений схемам уровней.

В Институте прикладной физики в последние годы реализованы кубиты и основные операции над ними (что является необходимым шагом на пути к созданию квантового компьютера), различные схемы квантовой памяти (являющегося основой квантового повторителя, позволяющего преодолеть существующий предел радиуса действия квантовой сети), предложены новые подходы к прецизионным квантовым измерениям. Одним из интересных и перспективных оптических явлений, активно исследуемых в связи с указанными выше приложениями, считается эффект электромагнитно-индуцированной прозрачности. Суть эффекта состоит в том, что в ситуации, когда переходы образуют Λ-схему (два уровня основного состояния с общим верхним уровнем), включение сильного управляющего поля на одном из переходов приводит к появлению узкого провала в профиле поглощения другого перехода перехода (см. рисунок 1). Сильная дисперсия и нелинейность открывают широкий спектр возможных приложений, начиная от прецизионных измерений и заканчивая квантовой памятью.

В представленной работе (Rinat Akhmedzhanov, Lev Gushchin, Nikolay Nizov, Vladimir Nizov, Dmitry Sobgayda, Ilya Zelensky, and Alexey Kalachev. Electromagnetically induced transparency in an isotopically purified Nd³⁺:YLiF₄ crystal // Phys. Rev. B, 97, 245123 (2018)) эффект электромагнитно-индуцированной прозрачности использовался для получения информации о структуре уровней, недоступной стандартными оптическими методами. Впервые наблюдался эффект электромагнитно-индуцированной прозрачности в изотопически чистом кристалле YLiF₄ (обогащённом изотопом Li⁷), допированном ионами Nd¹⁴³ (концентрация 0,005 ат.%). Было показано, что помещение кристалла в правильно подобранное по величине и направлению магнитное поле, отвечающее режиму подавления эффекта Зеемана первого порядка (точка ZEFOZ), приводит к обужению пиков электромагнитно-индуцированной прозрачности. Это позволило разрешить структуру окна прозрачности, состоящую из девяти равноотстоящих друг от друга пиков, отвечающих переходам между различными суперсверхтонкими подуровнями основного состояния (см. рисунок 2). Также было обнаружено, что увеличение интенсивности управляющего поля приводит к появлению новых пиков, природа которых пока не ясна. Данная работа является первым чисто оптическим наблюдением суперсверхтонкой структуры основного состояния.

Коллектив авторов: Ахметжанов Р.А., Гущин Л.А., Низов Н.А., Низов В.А., Собгайда Д.А., Зеленский И.В., Калачев А.А. (КФТИ).