Fotonai, dalelės, atspindinčios šviesos kvantą, jau parodė didelį vystymosi potencialą
Kokia problema?
Nepaisant daug žadančių rezultatųAtlikus preliminarius eksperimentus, reikia mokslinio proveržio, kad fotoninius kubitus būtų galima įgyvendinti dideliu mastu. Pavyzdžiui, žinoma, kad fotonai gali prarasti energiją ir spinduliuotę judėdami iš vieno taško į kitą ir nesąveikauti vienas su kitu.
Tyrėjai iš Kopenhagos universitetoDanijoje Instituto de Física Fundamental IFF-CSIC Ispanijoje ir Rūro universitetas Bochum Vokietijoje neseniai sukūrė strategiją, kaip įveikti vieną iš šių problemų, būtent fotonų ir fotonų sąveikos trūkumą. Jų metodas galiausiai padės sukurti sudėtingesnius kvantinius įrenginius.
Daugiau nei 15 metų eksperimentų
Mokslininkai dirbo ties deterministiniaispavienių kvantinių spindulių (kvantinių taškų) suporavimas su pavieniais fotonais – daugiau nei 15 metų. Dėl to jie sukūrė metodą, pagrįstą nanofotoniniais bangolaidžiais.
Objekto determinizmą galima paaiškintipasitelkus determinizmo doktriną (iš lot. determinare - „riboti, nubrėžti, nustatyti“). Anot jo, visi objektai yra tarpusavyje susiję, o visi reiškiniai ir procesai yra tarpusavyje nulemti.
Paprastai šie įrenginiai buvo naudojamideterministiniai vieno fotono šaltiniai ir daugiafotonų susipynimo šaltiniai. Tačiau tai taip pat buvo naudinga inicijuojant netiesines operacijas su fotonais.
Bangolaidis – dirbtinis arba natūraluskreipiamasis kanalas, kuriame gali sklisti banga. Galios srautas, kurį neša banga, yra būtent pačiame kanale. Kitas variantas – jis sutelktas erdvėje, esančioje šalia kanalo.
Pirmą kartą buvo parodyta tokių operacijų samprata2015 metais. Tačiau toliau tirdami šį poveikį jiems iškilo sunkumų. Jie susiję su pagrindinės fizikos klausimais, kuriais grindžiama ši sudėtinga, vieno fotono ir netiesinė sąveika.
Ankstesniuose tyrimuose mokslininkaiatrado, kad fizika, atsakinga už netiesinę šviesos impulsų sąveiką, taip pat naudinga kuriant fotoninius kvantinius vartus ir „fotonų rūšiuotojus“.
Taigi mokslininkai atliko pirmąjį eksperimentąNetiesinių kvantinių impulsų, kurie patiria netiesinę sąveiką dėl sujungimo su deterministiškai susietu kvantiniu emiteriu, tyrimas.
Ką padarė mokslininkai?
Naujame eksperimente mokslininkainaudojamas efektyvus ir nuoseklus vieno kvantinio emiterio sujungimas su nanofotoniniu bangolaidžiu. Tikslas yra įgalinti netiesinę kvantinę sąveiką tarp vieno fotono bangų paketų.
Bangų paketas yra tam tikras bangų rinkinys,kurios turi skirtingus dažnius. Jie apibūdina darinį su bangų savybėmis, paprastai ribotomis laike ir erdvėje.
Tam mokslininkai panaudojo vieną kvantinį tašką – nanometro dydžio dalelę, kuri elgiasi kaip dviejų lygių atomas. Jis buvo įmontuotas į fotoninį kristalų bangolaidį.
Nuostabus dalykas tokiose sistemose yra tai, kad jose vyksta komunikacijayra deterministinis. Net vienas fotonas, paleistas į bangolaidį, sąveikauja su kvantiniu tašku. Jei siunčiate impulsus, kuriuose yra du ar daugiau fotonų, tai sukels kvantines koreliacijas. Taip yra todėl, kad tik vienas fotonas vienu metu gali sąveikauti su kvantiniu tašku. Galiausiai, kontroliuodami šio kvantinio impulso trukmę, mokslininkai gali sureguliuoti šias fotonų koreliacijas ir sąveikas.
Naudodami savo eksperimentinį metodą, mokslininkaiIš esmės jie sugebėjo valdyti fotoną naudodami antrąjį, kurį tarpininkauja kvantinis spinduolis. Kitaip tariant, jie sėkmingai įgyvendino netiesinę fotonų ir fotonų sąveiką ir privertė daleles „bendrauti“.
Kur tai veda?
Dėl to mokslininkai sukūrė metodą, kurisleidžia fotonams efektyviai sąveikauti tarpusavyje per ryšį su kvantiniais taškais. Tai padės sukurti naujas fotonų-fotonų kvantinių vartų kūrimo kryptis. Šis atradimas taip pat bus naudingas kuriant deterministinius fotonų rūšiavimo įrenginius, kurie būtini, pavyzdžiui, kvantiniams kartotuvams.
Kvantiniai kartotuvai leidžia kurtiįsipainiojimas nuotoliniuose mazguose, fiziškai nesiunčiant įsipainiojusio kubito per visą atstumą. Paprasčiau tariant, jie sustiprina signalą ir neleidžia fotonams išblukti.
Naujoji strategija turi svarbių pasekmių abiemmoksliniams tyrimams kvantinės fizikos srityje ir kvantinių technologijų kūrimui. Pavyzdžiui, šis metodas atvers naujas kvantinių optinių prietaisų kūrimo galimybes, taip pat leis fizikai eksperimentuoti su pritaikytomis sudėtingomis fotoninėmis kvantinėmis būsenomis.
Kas toliau?
Mokslininkai neketina sustoti ir planuotiišplėsti eksperimentą. Esminiu lygmeniu jie nori įgyti gilesnį supratimą apie tai, kaip šviesos kvantinės būsenos paveikiamos keliaujant per vieną kvantinį tašką. Tačiau mokslininkai įsitikinę, kad šią kvantinę sąveiką galima pritaikyti praktiškai.
Dabar fizikai bando naudoti netiesinįfotonų ir fotonų sąveika, įgyvendinta neseniai atliktame tyrime, siekiant imituoti molekulių vibracinę dinamiką. Tai įmanoma suderinus sudėtingų molekulių vibracinę dinamiką su fotonų sklidimu pažangiose fotoninėse grandinėse.
Skaityti daugiau:
NASA atskleidė Haumėjos – paslaptingiausios Saulės sistemos planetos – kilmę
Gyvi organizmai padarė Marsą negyvenamu
Kepenys gali dirbti daugiau nei 100 metų: mokslininkai papasakojo, kaip tai įmanoma
Ant viršelio:du fotonai, sklindantys bangolaidyje ir sąveikaujantys su vienu kvantiniu spinduliuote. Todėl mokslininkai pasiekė fotono ir fotono sąveiką, dėl kurios atsiranda koreliacijos. Kreditas: Le Jeannic ir kt.