Fotonit, hiukkaset, jotka edustavat valon kvanttia, ovat jo osoittaneet suuren kehityspotentiaalin
Mikä on ongelma?
Lupaavista tuloksista huolimattaAlustavien kokeiden perusteella tarvitaan tieteellinen läpimurto, ennen kuin fotoniset kubitit voidaan toteuttaa suuressa mittakaavassa. Tiedetään esimerkiksi, että fotonit voivat menettää energiaa ja säteilyä liikkuessaan pisteestä toiseen eivätkä ole vuorovaikutuksessa toistensa kanssa.
Kööpenhaminan yliopiston tutkijatTanskassa Instituto de Física Fundamental IFF-CSIC Espanjassa ja Ruhrin yliopisto Bochum Saksassa ovat äskettäin kehittäneet strategian ratkaistakseen yhden näistä ongelmista, nimittäin fotoni-fotoni-vuorovaikutuksen puutteen. Heidän menetelmänsä auttaa lopulta monimutkaisempien kvanttilaitteiden kehittämisessä.
Yli 15 vuotta kokeiluja
Tiedemiehet ovat työskennelleet determinismin parissayksittäisten kvanttisäteilijöiden (kvanttipisteiden) yhdistäminen yksittäisiin fotoniin - yli 15 vuotta. Tämän seurauksena he kehittivät nanofotonisiin aaltoputkiin perustuvan menetelmän.
Objektin determinismi voidaan selittäädeterminismin opin avulla (latinan sanasta determinare - "rajoittaa, hahmotella, määrittää"). Hänen mukaansa kaikki esineet ovat yhteydessä toisiinsa, ja kaikki ilmiöt ja prosessit määräytyvät keskenään.
Tyypillisesti näitä laitteita käytettiindeterministiset yksifotonilähteet ja monifotonien takertumisen lähteet. Se oli kuitenkin hyödyllinen myös epälineaaristen operaatioiden käynnistämiseen fotoneilla.
Waveguide - keinotekoinen tai luonnollinenohjauskanava, jossa aalto voi levitä. Aallon kuljettama tehovirtaus sijaitsee juuri itse kanavan sisällä. Toinen vaihtoehto on, että se on keskittynyt kanavan viereiseen tilaan.
Tällaisten toimintojen käsite esitettiin ensinvuonna 2015. He kohtasivat kuitenkin vaikeuksia tutkiessaan tätä vaikutusta tarkemmin. Ne liittyvät perusfysiikan kysymyksiin, jotka ovat tämän monimutkaisen, yhden fotonin ja epälineaarisen vuorovaikutuksen taustalla.
Aiemmissa tutkimuksissa tutkijathavaitsi, että valopulssien epälineaarisesta vuorovaikutuksesta vastaava fysiikka on hyödyllinen myös fotonisten kvanttiporttien ja "fotonilajittelujen" luomisessa.
Niinpä tutkijat suorittivat ensimmäisen kokeentutkimus epälineaarisista kvanttipulsseista, jotka käyvät läpi epälineaarisia vuorovaikutuksia johtuen kytkennästä deterministisesti kytkettyyn kvanttiemitteriin.
Mitä tutkijat ovat tehneet?
Uudessa kokeessa tutkijatkäytti tehokasta ja koherenttia yhden kvanttiemitterin kytkentää nanofotoniseen aaltoputkeen. Tavoitteena on mahdollistaa epälineaarinen kvanttivuorovaikutus yksifotoniaaltopakettien välillä.
Aaltopaketti on tietty joukko aaltoja,jolla on eri taajuudet. Ne kuvaavat muodostumaa, jolla on aalto-ominaisuuksia, jotka ovat yleensä rajoitettuja ajassa ja tilassa.
Tätä varten tutkijat käyttivät yhtä kvanttipistettä - nanometrin kokoista hiukkasta, joka käyttäytyy kuin kaksitasoinen atomi. Se rakennettiin fotonikristalliaaltoputkeen.
Merkittävää tällaisissa järjestelmissä on, että viestintä niissäon deterministinen. Jopa yksi aaltoputkeen laukaistu fotoni on vuorovaikutuksessa kvanttipisteen kanssa. Jos lähetät pulsseja, jotka sisältävät kaksi tai useampia fotonia, se aiheuttaa kvanttikorrelaatioita. Tämä johtuu siitä, että vain yksi fotoni kerrallaan voi olla vuorovaikutuksessa kvanttipisteen kanssa. Lopulta tutkijat voivat säätää näitä fotonien välisiä korrelaatioita ja vuorovaikutuksia säätelemällä tämän kvanttipulssin kestoa.
Käyttäen kokeellista menetelmäänsä, tutkijatPohjimmiltaan he pystyivät ohjaamaan fotonia käyttämällä toista, jota välittää kvanttisäteilijä. Toisin sanoen he toteuttivat onnistuneesti epälineaarisen fotoni-fotoni-vuorovaikutuksen ja pakottivat hiukkaset "kommunikoimaan".
Minne se johtaa?
Tämän seurauksena tutkijat kehittivät menetelmän, jokamahdollistaa fotonien tehokkaan vuorovaikutuksen toistensa kanssa kommunikoimalla kvanttipisteiden kanssa. Tämä auttaa luomaan uusia suuntauksia fotoni-fotoni-kvanttiporttien luomiseen. Löydöstä on hyötyä myös luotaessa deterministisiä fotonien lajittelulaitteita, joita tarvitaan esimerkiksi kvanttitoistimille.
Kvanttitoistimet mahdollistavat luomisensotkeutuminen etäsolmuissa lähettämättä sotkeutunutta kubittia fyysisesti koko matkan ajan. Yksinkertaisesti sanottuna ne vahvistavat signaalia ja estävät fotonien haalistumista.
Uudella strategialla on tärkeitä seurauksia molemmilletutkimus kvanttifysiikan alalla ja kvanttiteknologioiden kehittäminen. Menetelmä avaa esimerkiksi uusia mahdollisuuksia kvanttioptisten laitteiden kehittämiseen ja antaa fyysikot myös kokeilla räätälöityjä monimutkaisia fotonikvanttitiloja.
Mitä seuraavaksi?
Tiedemiehet eivät aio pysähtyä suunnittelemaanlaajentaa kokeilua. Perustasolla he haluavat saada syvemmän käsityksen siitä, kuinka yhden kvanttipisteen läpi kulkeminen vaikuttaa valon kvanttitiloihin. Tutkijat ovat kuitenkin varmoja, että tätä kvanttivuorovaikutusta voidaan soveltaa käytännössä.
Nyt fyysikot yrittävät käyttää epälineaaristafotoni-fotoni-vuorovaikutus, joka toteutettiin tuoreessa tutkimuksessa simuloimaan molekyylien värähtelydynamiikkaa. Tämä on mahdollista sovittamalla monimutkaisten molekyylien värähtelydynamiikka fotonien etenemiseen kehittyneissä fotonipiireissä.
Lue lisää:
NASA paljasti Haumean alkuperän - aurinkokunnan salaperäisimmän planeetan
Elävät organismit ovat tehneet Marsista asumiskelvottoman
Maksa voi toimia yli 100 vuotta: tutkijat kertoivat, kuinka tämä on mahdollista
Kannessa:kaksi fotonia etenevät aaltoputkessa ja vuorovaikutuksessa yhden kvanttisäteilijän kanssa. Tuloksena tiedemiehet saavuttivat fotoni-fotoni-vuorovaikutuksen, mikä johtaa korrelaatioihin. Luotto: Le Jeannic et al.