Fotoni, daļiņas, kas pārstāv gaismas kvantu, jau ir pierādījušas lielu attīstības potenciālu
Kāda ir problēma?
Neskatoties uz daudzsološajiem rezultātiemSākotnējie eksperimenti, pirms fotoniskos kubitus var ieviest plašā mērogā, ir nepieciešams zinātnisks sasniegums. Piemēram, ir zināms, ka fotoni var zaudēt enerģiju un starojumu, pārvietojoties no viena punkta uz otru un savstarpēji nesadarbojas.
Pētnieki no Kopenhāgenas universitātesDānijā Instituto de Física Fundamental IFF-CSIC Spānijā un Rūras Universitāte Bohumā Vācijā nesen ir izstrādājusi stratēģiju, lai pārvarētu vienu no šīm problēmām, proti, fotonu un fotonu mijiedarbības trūkumu. Viņu metode galu galā palīdzēs izstrādāt sarežģītākas kvantu ierīces.
Vairāk nekā 15 gadu eksperimenti
Zinātnieki ir strādājuši pie determinismaatsevišķu kvantu izstarotāju (kvantu punktu) savienošana pārī ar atsevišķiem fotoniem - vairāk nekā 15 gadus. Rezultātā viņi izstrādāja metodi, kuras pamatā ir nanofotoniskie viļņvadi.
Objekta determinismu var izskaidrotar determinisma doktrīnas palīdzību (no latīņu determinare — “ierobežot, iezīmēt, noteikt”). Viņaprāt, visi objekti ir savstarpēji saistīti, un visas parādības un procesi ir savstarpēji noteikti.
Parasti šīs ierīces tika izmantotasdeterministiski viena fotona avoti un daudzfotonu sapīšanās avoti. Tomēr tas bija arī noderīgi, lai uzsāktu nelineāras darbības ar fotoniem.
Viļņvads - mākslīgs vai dabīgsvirzošais kanāls, kurā var izplatīties vilnis. Jaudas plūsma, ko nes vilnis, atrodas tieši pašā kanālā. Vēl viena iespēja ir koncentrēties kanālam blakus esošās telpas zonā.
Vispirms tika parādīts šādu operāciju jēdziens2015. gadā. Tomēr viņi saskārās ar grūtībām, turpinot izmeklēt šo efektu. Tie ir saistīti ar fundamentālās fizikas jautājumiem, kas ir šīs sarežģītās, viena fotona un nelineārās mijiedarbības pamatā.
Iepriekšējos pētījumos zinātniekiatklāja, ka fizika, kas ir atbildīga par gaismas impulsu nelineāro mijiedarbību, ir noderīga arī fotonisko kvantu vārtu un "fotonu šķirotāju" radīšanai.
Tādējādi zinātnieki veica pirmo eksperimentuNelineāro kvantu impulsu izpēte, kas tiek pakļauti nelineārai mijiedarbībai savienojuma ar deterministiski savienotu kvantu emitētāju dēļ.
Ko zinātnieki ir izdarījuši?
Jaunā eksperimentā pētniekiizmantoja efektīvu un saskaņotu viena kvantu emitētāja savienojumu ar nanofotonisko viļņvadu. Mērķis ir nodrošināt nelineāru kvantu mijiedarbību starp viena fotona viļņu paketēm.
Viļņu pakete ir noteikta viļņu kopa,kam ir dažādas frekvences. Tie raksturo veidojumu ar viļņu īpašībām, kas parasti ir ierobežotas laikā un telpā.
Lai to izdarītu, zinātnieki izmantoja vienu kvantu punktu – nanometra izmēra daļiņu, kas uzvedas kā divu līmeņu atoms. Tas tika iebūvēts fotoniskā kristāla viļņvadā.
Ievērojama šādās sistēmās ir komunikācija tajāsir deterministisks. Pat viens fotons, kas palaists viļņvadā, mijiedarbojas ar kvantu punktu. Ja jūs sūtāt impulsus, kas satur divus vai vairāk fotonus, tas izraisīs kvantu korelācijas. Tas ir tāpēc, ka tikai viens fotons vienlaikus var mijiedarboties ar kvantu punktu. Galu galā, kontrolējot šī kvantu impulsa ilgumu, zinātnieki var noregulēt šīs korelācijas un mijiedarbību starp fotoniem.
Izmantojot savu eksperimentālo metodi, zinātniekiBūtībā viņi varēja kontrolēt fotonu, izmantojot otru, ko nodrošina kvantu emitētājs. Citiem vārdiem sakot, viņi veiksmīgi īstenoja nelineāru fotonu-fotonu mijiedarbību un piespieda daļiņas "sazināties".
Kur tas ved?
Rezultātā zinātnieki izstrādāja metodi, kasļauj fotoniem efektīvi mijiedarboties vienam ar otru, sazinoties ar kvantu punktiem. Tas palīdzēs radīt jaunus virzienus fotonu-fotonu kvantu vārtu izveidei. Atklājums noderēs arī deterministisku fotonu šķirošanas ierīču radīšanai, kas nepieciešamas, piemēram, kvantu atkārtotājiem.
Kvantu atkārtotāji ļauj izveidotsapīšanās attālos mezglos, fiziski nenosūtot sapinušos kubitu visā attālumā. Vienkārši sakot, tie pastiprina signālu un novērš fotonu izbalēšanu.
Jaunajai stratēģijai ir svarīga ietekme uz abiempētījumi kvantu fizikas jomā un kvantu tehnoloģiju attīstība. Piemēram, šī metode pavērs jaunas iespējas kvantu optisko ierīču izstrādei, kā arī ļaus fiziķiem eksperimentēt ar pielāgotiem sarežģītiem fotonisko kvantu stāvokļiem.
Kas tālāk?
Zinātnieki negrasās apstāties un plānotpaplašināt eksperimentu. Pamata līmenī viņi vēlas iegūt dziļāku izpratni par to, kā gaismas kvantu stāvokļus ietekmē ceļošana caur vienu kvantu punktu. Tomēr zinātnieki ir pārliecināti, ka šo kvantu mijiedarbību var pielietot praksē.
Tagad fiziķi mēģina izmantot nelineārofotonu un fotonu mijiedarbība, kas ieviesta nesenā pētījumā, lai modelētu molekulu vibrācijas dinamiku. Tas ir iespējams, saskaņojot sarežģītu molekulu vibrāciju dinamiku ar fotonu izplatīšanos progresīvās fotoniskās ķēdēs.
Lasīt vairāk:
NASA atklāja Haumea - Saules sistēmas noslēpumainākās planētas - izcelsmi
Dzīvie organismi ir padarījuši Marsu neapdzīvojamu
Aknas var strādāt vairāk nekā 100 gadus: zinātnieki stāstīja, kā tas ir iespējams
Uz vāka:divi fotoni izplatās viļņvadā un mijiedarbojas ar vienu kvantu emitētāju. Rezultātā zinātnieki panāca fotonu un fotonu mijiedarbību, kas rada korelācijas. Pateicība: Le Jeannic et al.