华盛顿大学学生将薛定谔的猫翻转过来

华沙大学 (UW) 物理学院的学生和 QOT 量子光学技术中心的研究人员开发了一种创新方法，允许使用量子存储器执行光脉冲的分数傅里叶变换。这一成就在全球范围内是独一无二的，因为该团队是第一个在此类系统中展示上述转换的实验实施的团队。研究结果发表在著名期刊《物理评论快报》上。在他们的工作中，学生们使用双光脉冲(也称为“薛定谔猫”状态)测试了分数阶傅立叶变换的实现。

脉冲频谱和时间分布

波，例如光，有其自己的特性 - 脉冲持续时间和频率(就光而言，对应于其颜色)。事实证明，这些特征通过一种称为傅里叶变换的运算相互关联，这使得从及时描述波切换到以频率描述其频谱成为可能。

分数阶傅里叶变换是傅里叶变换的推广，它允许从时间描述到频率描述的部分过渡。直观上，它可以理解为所考虑信号的分布(例如，时间循环维格纳函数)在时频域中旋转一定角度。事实证明，这种类型的变换在特殊谱时滤波器的设计中特别有用，可以消除噪声，并能够创建算法，从而可以利用光的量子性质比传统方法更精确地区分不同频率的脉冲方法。这在光谱学中尤其重要，它有助于研究物质的化学性质，以及电信、

透镜和傅里叶变换?

普通玻璃透镜能够将落在其上的单色光束聚焦到几乎单个点(焦点)。改变光线在透镜上的入射角会导致焦点位置的变化。这使我们能够将入射角转换为位置，从而在方向和位置空间中获得傅立叶变换的类比。基于衍射光栅的经典光谱仪利用这种效应将光的波长信息转换为位置，使我们能够区分光谱线。

时间和频率透镜

与玻璃透镜类似，时间和频率透镜允许将脉冲持续时间转换为其光谱分布，或者有效地在时间和频率空间中执行傅里叶变换。正确选择此类透镜的光焦度使得可以执行分数傅里叶变换。在光脉冲的情况下，时间和频率透镜的作用对应于对信号应用二次相位。

为了处理信号，研究人员使用了量子存储器 - 或者更准确地说是具有量子光处理能力的存储器 - 基于放置在磁光陷阱中的铷原子云。原子被冷却到绝对零以上数千万度的温度。存储器被放置在不断变化的磁场中，允许不同频率的成分存储在云的不同部分。脉冲在写入和读取期间受到时间透镜的作用，并且在存储期间受到频率透镜的作用。

华盛顿大学开发的设备允许在非常广泛的参数范围内以可编程方式实现此类镜头。双脉冲非常容易退相干，因此它经常被比作著名的薛定谔猫——死和活的宏观叠加，几乎不可能通过实验实现。尽管如此，该团队还是能够对那些脆弱的双脉冲状态实施忠实的行动。

该出版物是“量子光学技术”中心的量子光学器件实验室和量子存储实验室的工作成果，参与人员包括两名硕士生：Stanislaw Kurzyna 和 Marcin Jastrzebski、两名本科生 Bartosz Niewelt 和 Jan Nowosielski、Dr. Mateusz Mazelanik、实验室负责人 Michal Parniak 博士和 Wojciech Wasilewski 教授。由于所描述的结果，Bartosz Niewelt 在最近于华盛顿州斯波坎举行的 DAMOP 会议上还获得了演讲资助奖。

在直接应用于电信之前，该方法必须首先映射到其他波长和参数范围。然而，分数阶傅里叶变换对于最先进网络(包括光学卫星链路)中的光接收器至关重要。华盛顿大学开发的量子光处理器使得以有效的方式找到和测试此类新协议成为可能。

“量子光学技术”(MAB/2018/4)项目是在波兰科学基金会国际研究议程计划内开展的，该计划由欧盟在欧洲区域发展基金下共同资助。华盛顿大学量子光学技术中心(位于 CeNT——新技术中心)是一个研究单位，致力于量子光学最新发现的实际应用。