РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Физики научились создавать однофотонные состояния, но пока только на бумаге

Исследователи из Германии предложили совершенно новый способ подготовки квантовых систем для разработки компонентов квантовых технологий.
Физики научились создавать однофотонные состояния, но пока только на бумаге
Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) and Tobias Heindel/TU Berlin

Квантовые технологии всё глубже проникают в нашу жизнь. Ко всему прочему, они должны быть эффективны.

После «первой квантовой революции», ознаменованной разработкой лазеров и атомных часов, полным ходом началась «вторая квантовая революция» — разрабатывается квантовая связь, пишущая и передающая информацию с помощью света. Для этого свет должен находиться в определенном — однофотонном — состоянии. Но как «приготовить» такое состояние наиболее правильно?

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Один из самых известных примеров такого состояния — квантовая точка, полупроводниковая структура размером всего в несколько нанометров. Известно, что квантовыми точками можно управлять с помощью лазерных импульсов. Хотя квантовые точки обладают свойствами, аналогичными свойствам атомов, они встроены в кристаллическую матрицу, удобную для применения. Но есть и трудности.

Одна из трудностей, которую необходимо преодолеть, заключается в том, чтобы отделить одиночные фотоны, генерируемые возбуждающим лазерным импульсом. Для этого авторы использовали несколько лазерных импульсов, частоты которых сильно отличаются от частот в квантовой системе.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Лазеры испускают световые импульсы почти одновременно. В результате взаимодействия импульсов друг с другом происходит быстрая модуляция, и в каждом цикле модуляции частица всегда немного возбуждается, но затем снова опускается в основное состояние. Лазерный свет возбуждает в квантовой системе электронно-дырочные пары (также их называют экситонами). Однако вместо релаксации — ухода на прошлый энергетический уровень — система возбуждается сильнее с каждым колебанием, пока не достигнет максимального по энергии состояния. Преимущество метода заключается в том, что лазерное излучение имеет частоту отличную от частоты света, испускаемого возбужденными частицами, а значит, они не «перемешаются» при измерении.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Но для использования в квантовой связи фотоны должны обладать определенными свойствами. Более того, фотоны не должны подвергаться влиянию извне, что сейчас почти невозможно. В классических схемах, квантовые точки часто взаимодействуют с окружающим полупроводниковым материалом.

Численное моделирование показало, что свойства фотонов, генерируемых в разработанном процессе, сравнимы с результатами известных методов генерации одиночных фотонов, но при этом предложенный способ куда более удобен на практике. Несмотря на то, что это исследование — сугубо теоретическое, у него есть потенциал и, возможно, уже скоро эту схему реализуют в лабораторных условиях.

Загрузка статьи...