光の量子である光子は、すでに大きな可能性を秘めています
何が問題ですか？
予備実験の有望な結果にもかかわらず、フォトニック量子ビットを大規模に実装 するには、科学的なブレークスルーが必要です。たとえば、光子はある点から別の 点に移動し 、相互作用しないため 、エネルギーと放射線を失うことが知られていますお互いに。
コペンハーゲン大学の研究者デンマークの基礎科学研究所 IFF-CSIC (スペイン)、ルール大学ボーフム (ドイツ) は最近、これらの問題の 1 つである光子と光子の相互作用の欠如を克服する戦略を開発しました。彼らの手法は、最終的にはより複雑な量子デバイスの開発に役立つでしょう。
15年以上の実験
科学者たちは決定論的な研究を行っている単一量子エミッター（量子ドット）と単一光子のペアリング - 15 年以上。その結果、彼らはナノフォトニック導波路に基づく方法を開発した。
物体の決定性は説明できる決定論（ラテン語の determinare - 「制限する、概説する、決定する」に由来）の教義の助けを借りて。彼によれば、すべての物体は相互に関連しており、すべての現象とプロセスは相互に決定されます。
通常、これらのデバイスは次の用途に使用されます。決定論的な単一光子源と多光子もつれの源。ただし、光子を使った非線形操作を開始するのにも役立ちました。
導波路 - 人工または自然波が伝播できるガイドチャネル。波によって運ばれる電力の流れは、チャネル自体の内部に正確に存在します。別のオプションは、チャネルに隣接する空間領域に集中させることです。
このような操作の概念が初めて示されました2015年に。しかし、この効果をさらに調査する際に困難に直面しました。それらは、この複雑な単一光子の非線形相互作用の根底にある基礎物理学の疑問に関連しています。
以前の研究では、科学者たちは光パルスの非線形相互作用を担う物理学が、フォトニック量子ゲートや「フォトンソーター」の作成にも役立つことを発見しました。
そこで、科学者たちは最初の実験を行った。決定論的に結合した量子エミッターとの結合により非線形相互作用を受ける非線形量子パルスの研究。
科学者たちは何をしましたか？
新しい実験で、研究者たちはは、単一量子エミッターとナノフォトニック導波路の効率的かつコヒーレントな結合を使用しました。目標は、単一光子波パケット間の非線形量子相互作用を可能にすることです。
波パケットは特定の波の集合であり、異なる周波数を持っています。これらは、一般に時間と空間が制限された波の性質を持つ地層を表します。
これを行うために、科学者たちは 1 つの量子ドット、つまり 2 レベルの原子のように動作するナノメートルサイズの粒子を使用しました。フォトニック結晶導波路に組み込まれていました。
このようなシステムの注目すべき点は、システム内の通信が決定的です。導波管内に発射された 1 つの光子でさえ、量子ドットと相互作用します。 2 つ以上の光子を含むパルスを送信すると、量子相関が発生します。これは、量子ドットと相互作用できるのは一度に 1 つの光子だけであるためです。最終的に、この量子パルスの持続時間を制御することで、科学者は光子間の相関と相互作用を調整することができます。
彼らの実験方法を使用して、科学者たちは本質的に、彼らは量子エミッターを介した2番目の光子を使用して光子を制御することができました。言い換えれば、彼らは非線形の光子と光子の相互作用を実装し、粒子を強制的に「通信」させることに成功しました。
それはどこにつながるのですか？
その結果、科学者たちは次のような方法を開発しました。量子ドットとの通信を通じて光子が効果的に相互作用できるようになります。これは、光子-光子量子ゲートを作成するための新しい方向性を生み出すのに役立ちます。この発見は、たとえば量子中継器に必要な決定論的な光子選別装置の作成にも役立つだろう。
量子リピーターにより、物理的にもつれた量子ビットを全距離にわたって送信することなく、リモートノードでのもつれを実現します。簡単に言えば、信号を増幅し、光子のフェードを防ぎます。
新しい戦略は両方にとって重要な意味を持ちます量子物理学の分野における研究と量子技術の開発。たとえば、この方法は量子光学デバイスの開発に新たな可能性を切り開き、物理学者が調整された複雑なフォトニック量子状態を実験できるようになります。
次は何ですか？
科学者たちは立ち止まって計画を立てるつもりはない実験を拡張します。基本的なレベルで、彼らは、単一の量子ドットを通過することによって光の量子状態がどのような影響を受けるかについて、より深く理解したいと考えています。しかし、科学者たちは、この量子相互作用が実際に適用できると確信しています。
現在、物理学者は非線形を利用しようとしています分子の振動力学をシミュレートするために、最近の研究で実装された光子-光子相互作用。これは、複雑な分子の振動力学と高度なフォトニック回路における光子の伝播を一致させることによって可能になります。
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表紙には：2 つの光子が導波管内を伝播し、単一の量子エミッターと相互作用します。その結果、科学者らは光子と光子の相互作用を達成し、相関関係をもたらしました。 クレジット: Le Jeannic et al.