РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Учёные научились ловить одиночные фотоны

Физики-теоретики из Притцкеровской школы молекулярной инженерии при Чикагском университете разработали новую схему улавливания одиночных фотонов в полости. Их механизм позволяет двум источникам излучать выбранное количество фотонов в полость, прежде чем деструктивная интерференция погасит оба источника, по сути, создавая «стену», которая препятствует проникновению дальнейших фотонов.
Учёные научились ловить одиночные фотоны
Unsplash

Созданный механизм обеспечит более простой способ создания квантового света без использования сложных материалов и систем, без которых обычно не обойтись.

Фотоны являются основой для многих квантовых технологий — в частности, для квантовых коммуникаций и квантовых компьютеров. Дело в том, что эти частицы могут быть запутаны или помещены в суперпозицию.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Но чтобы создать эти состояния, исследователи должны работать с крайне неклассическими видами света, которые имеют небольшое количество фотонов или даже всего один фотон. Это может быть трудной задачей, требующей сложной установки, поскольку типичные источники света (например, лазер) генерируют состояния, в которых всегда существует некоторая вероятность наличия большого числа фотонов.

Типичные системы для улавливания одиночных фотонов в полости включают использование материалов с чрезвычайно большой оптической нелинейностью, что заставляет фотоны в полости сильно взаимодействовать друг с другом. В таких системах резонансная частота полости может быть сильно сдвинута при добавлении даже одного фотона. Если посветить лазером на полость, то один фотон может войти, а второй не сможет из-за сдвига частоты, вызванного первым фотоном.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Проблема этого механизма заключается в том, что он требует чрезвычайно большой оптической нелинейности и очень низкого рассеяния, а этого сочетания крайне трудно или даже невозможно достичь.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Система, предложенная исследовательской группой, использует два различных источника для одновременного излучения фотонов в полость, которая обладает чрезвычайно слабой нелинейностью (слишком слабой для работы «традиционных» подходов). При тщательной настройке эти источники гасят друг друга с помощью деструктивной интерференции, создавая «стену», которая блокирует фотоны, как только нужное количество фотонов попадает в полость.

Потенциальные возможности такого применения очень широки. Использование деструктивной интерференции таким образом означает, что в системе не нужно использовать специальные оптически нелинейные материалы, что открывает возможности для нескольких различных платформ, в том числе в качестве инструмента для квантового моделирования.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Базовый механизм также может быть применен ко всем видам электромагнитного излучения, а не только к видимому свету. Одна из возможностей — использовать его для генерации и управления фотонами микроволновой частоты в сверхпроводящей цепи. Это могло бы открыть новые возможности для хранения и обработки квантовой информации. 

Учёные даже рассматривают эту систему как потенциальный способ запутывания фотонов — явления, когда наблюдение за одним фотоном автоматически дает информацию о фотоне, с которым он запутан, независимо от того, как далеко они находятся друг от друга.

Загрузка статьи...