華沙大學物理系的研究人員與QOT 量子光學技術中心的專家合作，開創了一種創新技術，可以利用量子存儲器對光脈衝進行分數傅里葉變換。這項成果在全球範圍內都是獨一無二的，因為該團隊是第一個在此類系統中實驗實現上述變換的團隊。

研究成果發表在著名期刊《物理評論快報》上。在工作中，學生們使用雙光脈衝（也稱為”薛定諤的貓”狀態）測試了分數傅里葉變換的實現。

波（如光）有其自身的特性–脈衝持續時間和頻率（在光的情況下，與它的顏色相對應）。事實證明，這些特性通過一種名為傅里葉變換的運算相互關聯，從而可以從以時間來描述波轉換為以頻率來描述波譜。

分數傅里葉變換是傅里葉變換的一種概括，它允許從描述波的時間部分過渡到描述波的頻率。直觀地說，它可以理解為在時頻域中將所考慮信號的分佈（例如，時周期維格納函數）旋轉一定角度。

實驗室的學生在展示薛定諤貓狀態的旋轉。項目期間沒有真正的貓受傷。圖片來源：華沙大學S. Kurzyna 和B. Niewelt

事實證明，這種類型的變換在設計特殊的光譜-時間濾波器方面非常有用，不僅可以消除噪音還能創建算法，利用光的量子特性比傳統方法更精確地區分不同頻率的脈衝。這在有助於研究物質化學性質的光譜學和需要高精度、高速度傳輸和處理信息的電信領域尤為重要。

普通玻璃透鏡能夠將落在其上的單色光束聚焦到幾乎一個點（焦點）。改變光在透鏡上的入射角，就會改變焦點的位置。這樣就可以將入射角轉換成位置，在方向和位置空間中獲得類似的傅立葉變換。基於衍射光柵的經典光譜儀利用這種效應將光的波長信息轉換為位置信息，使我們能夠區分光譜線。

與玻璃透鏡類似，時間和頻率透鏡也可以將脈衝的持續時間轉換為光譜分佈，或者有效地在時間和頻率空間中進行傅立葉變換。正確選擇這種透鏡的功率，就可以進行分數傅里葉變換。在光脈衝的情況下，時間和頻率透鏡的作用相當於對信號進行二次相位變換。

為了處理信號，研究人員使用了一種量子存儲器–或者更準確地說，是一種具備量子光處理能力的存儲器–它的基礎是放置在磁光陷阱中的一團銣原子。原子被冷卻到指定溫度。該存儲器被放置在一個不斷變化的磁場中，從而可以將不同頻率的成分存儲在原子云的不同部分。脈沖在寫入和讀取過程中受到時間透鏡的作用，在存儲過程中受到頻率透鏡的作用。

華盛頓大學開發的設備可以在非常寬的參數範圍內以可編程的方式實現這種透鏡。雙脈衝非常容易發生退相干，因此它經常被比作著名的薛定諤貓–一種死而復生的宏觀疊加，幾乎不可能在實驗中實現。儘管如此，研究小組還是能夠對這些脆弱的雙脈衝態進行忠實的操作。

這篇論文是”量子光學技術”中心量子光學器件實驗室和量子存儲器實驗室的工作成果，兩名碩士研究生參與了這項工作： Stanislaw Kurzyna 和Marcin Jastrzebski、兩名本科生Bartosz Niewelt 和Jan Nowosielski、 Mateusz Mazelanik 博士以及實驗室負責人Michal Parniak 博士和Wojciech Wasilewski 教授參與了這項工作。由於上述成果，Bartosz Niewelt 還在最近於華盛頓州斯波坎市舉行的DAMOP 會議上獲得了演講資助獎。

在直接應用於電信領域之前，必須先將該方法映射到其他波長和參數範圍。然而，分數傅里葉變換對於最先進網絡（包括光學衛星鏈路）中的光接收器來說至關重要。華盛頓大學開發的量子光處理器可以有效地找到並測試這種新協議。