Fotoni, čestice koje predstavljaju kvant svjetlosti, već su pokazale veliki potencijal za razvoj
U čemu je problem?
Unatoč obećavajućim rezultatimapreliminarnih eksperimenata, potreban je znanstveni napredak prije nego što se fotonski kubiti mogu implementirati u velikoj mjeri. Na primjer, poznato je da fotoni mogu izgubiti energiju i zračenje kada se kreću od jedne točke do druge i ne djeluju jedni na druge.
Istraživači sa Sveučilišta u Kopenhagenuu Danskoj, Instituto de Física Fundamental IFF-CSIC u Španjolskoj i Ruhrsko sveučilište Bochum u Njemačkoj nedavno su razvili strategiju za prevladavanje jednog od ovih problema, naime nedostatka interakcije foton-foton. Njihova će metoda u konačnici pomoći u razvoju složenijih kvantnih uređaja.
Više od 15 godina eksperimenata
Znanstvenici su radili na determinističkimuparivanje pojedinačnih kvantnih emitera (kvantnih točaka) s pojedinačnim fotonima - više od 15 godina. Kao rezultat toga, razvili su metodu temeljenu na nanofotonskim valovodima.
Determinizam objekta može se objasnitiuz pomoć doktrine determinizma (od latinskog determinare - "ograničiti, ocrtati, odrediti"). Po njemu su svi objekti međusobno povezani, a sve pojave i procesi međusobno determinirani.
Ti su se uređaji obično koristili zadeterministički jednofotonski izvori i izvori višefotonskog zapleta. Međutim, također je bio koristan za pokretanje nelinearnih operacija s fotonima.
Valovod - umjetni ili prirodnivodeći kanal u kojem se val može širiti. Tok snage koji nosi val nalazi se upravo unutar samog kanala. Druga mogućnost je da se koncentrira u području prostora uz kanal.
Prvi put je prikazan koncept takvih operacijau 2015. godini. Međutim, naišli su na poteškoće pri daljnjem istraživanju ovog učinka. Odnose se na pitanja fundamentalne fizike koja su u osnovi ove složene, jednofotonske i nelinearne interakcije.
U prethodnim studijama znanstveniciotkrili su da je fizika koja je odgovorna za nelinearnu interakciju svjetlosnih impulsa također korisna za stvaranje fotonskih kvantnih vrata i "razvrstivača fotona".
Так, ученые провели первое экспериментальное исследование нелинейных квантовых импульсов, которые подвергаются нелинейному взаимодействию из-за связи с детерминистически связанным квантовым излучателем.
Što su znanstvenici učinili?
В ходе нового эксперимента исследователи использовали эффективную и когерентную связь одиночного квантового излучателя с нанофотонным волноводом. Цель — обеспечить нелинейное квантовое взаимодействие между однофотонными волновыми пакетами.
Волновой пакет — определенная совокупность волн, которая обладает разными частотами. Они описывают обладающую волновыми свойствами формацию, в общем случае ограниченную во времени и пространстве.
Для этого ученые использовали одну квантовую точку — частицу размером в нанометр, которая ведет себя как двухуровневый атом. Ее встроили в фотонно-кристаллический волновод.
Примечательность таких систем, что связь в них является детерминированной. Даже один фотон, запущенный в волновод, взаимодействует с квантовой точкой. Если отправить импульсы, которые содержат два или более фотона, это вызовет квантовые корреляции. Все потому, что только один фотон за раз может взаимодействовать с квантовой точкой. В итоге, управляя длительностью этого квантового импульса, ученые могут настроить эти корреляции и взаимодействие между фотонами.
Используя свой экспериментальный метод, ученые, по сути, смогли управлять фотоном, используя второй, который опосредован квантовым излучателем. Другими словами, они успешно реализовали нелинейное фотон-фотонное взаимодействие, заставили частицы «общаться».
Kamo to vodi?
В итоге, ученые разработали метод, который позволяет фотонам эффективно взаимодействовать друг с другом посредством связи с квантовыми точками. Это поможет создать новые направления для создания фотон-фотонных квантовых вентилей. Также открытие пригодится для создания детерминированных устройств сортировки фотонов, которые необходимы, например, для квантовых повторителей.
Квантовые повторители позволяют создать запутанность в удаленных узлах без физической отправки запутанного кубита на все расстояние. Проще говоря, они усиливают сигнал, и не дают фотонам затухать.
Новая стратегия имеет важные последствия как для исследований в области квантовой физики, так и для развития квантовых технологий. Например, метод откроет новые возможности для разработки квантово-оптических устройств, а также позволит физикам экспериментировать с адаптированными сложными фотонными квантовыми состояниями.
Što je sljedeće?
Ученые не собираются останавливаться и планируют расширить эксперимент. На фундаментальном уровне они хотят глубже понять, как на квантовые состояния света влияют путешествие через одну квантовую точку. Однако ученые уверены — это квантовое взаимодействие можно применить на практике.
Сейчас физики пытаются использовать нелинейное фотон-фотонное взаимодействие, реализованное в недавнем исследовании, для моделирования колебательной динамики молекул. Это возможно, если сопоставить колебательную динамику сложных молекул с распространением фотонов в усовершенствованных фотонных схемах.
Čitaj više:
NASA je otkrila podrijetlo Haumee - najtajanstvenijeg planeta Sunčevog sustava
Živi organizmi učinili su Mars nenastanjivim
Jetra može raditi više od 100 godina: znanstvenici su rekli kako je to moguće
На обложке: два фотона, распространяющиеся в волноводе и взаимодействующие с одним квантовым излучателем. В итоге, ученые добились фотон-фотонного взаимодействия, в результате которого возникают корреляции. Предоставлено: Ле Жанник и др.