Fotóny, častice, ktoré sú kvantom svetla, už preukázali veľký potenciál rozvoja
Aký je problém?
Napriek sľubným výsledkom predbežných experimentov je potrebný vedecký prielom predtým, ako sa fotonické qubity môžu implementovať vo veľkom meradle.Napríklad je známe, že fotóny môžu stratiť energiu a žiarenie, keď sa pohybujú z jedného bodu do druhého a neinteragujú medzi sebou.
Vedci z Kodanskej univerzityv Dánsku, Instituto de Física Fundamental IFF-CSIC v Španielsku a Ruhr University Bochum v Nemecku nedávno vyvinuli stratégiu na prekonanie jedného z týchto problémov, konkrétne nedostatku interakcie fotón-fotón. Ich metóda v konečnom dôsledku pomôže pri vývoji zložitejších kvantových zariadení.
Viac ako 15 rokov experimentov
Vedci pracovali na deterministickompárovanie jednotlivých kvantových žiaričov (kvantových bodiek) s jednotlivými fotónmi – viac ako 15 rokov. V dôsledku toho vyvinuli metódu založenú na nanofotonických vlnovodoch.
Determinizmus objektu možno vysvetliťs pomocou doktríny determinizmu (z latinského determinare - „obmedziť, načrtnúť, určiť“). Všetky objekty sú podľa neho vzájomne prepojené a všetky javy a procesy sú vzájomne determinované.
Zvyčajne sa tieto zariadenia používali nadeterministické jednofotónové zdroje a zdroje viacfotónového zapletenia. Bol však užitočný aj na iniciovanie nelineárnych operácií s fotónmi.
Vlnovod - umelý alebo prírodnývodiaci kanál, v ktorom sa môže šíriť vlna. Tok energie, ktorý je prenášaný vlnou, je umiestnený presne vo vnútri samotného kanála. Ďalšou možnosťou je, že sa sústreďuje v oblasti priestoru susediaceho s kanálom.
Prvýkrát sa ukázal koncept takýchto operáciív roku 2015. Pri ďalšom skúmaní tohto vplyvu sa však stretli s ťažkosťami. Týkajú sa otázok základnej fyziky, ktoré sú základom tejto komplexnej, jednofotónovej a nelineárnej interakcie.
V predchádzajúcich štúdiách vedcizistili, že fyzika, ktorá je zodpovedná za nelineárnu interakciu svetelných impulzov, je užitočná aj na vytváranie fotonických kvantových brán a „triedičov fotónov“.
Vedci teda uskutočnili prvý experimentštúdium nelineárnych kvantových impulzov, ktoré podliehajú nelineárnym interakciám v dôsledku spojenia s deterministicky viazaným kvantovým žiaričom.
Čo urobili vedci?
V novom experimente výskumnícipoužili efektívne a koherentné spojenie jedného kvantového žiariča s nanofotonickým vlnovodom. Cieľom je umožniť nelineárnu kvantovú interakciu medzi jednofotónovými vlnovými paketmi.
Balík vĺn je určitý súbor vĺn,ktorý má rôzne frekvencie. Opisujú útvar s vlnovými vlastnosťami, všeobecne obmedzený v čase a priestore.
Vedci na to použili jednu kvantovú bodku – časticu s veľkosťou nanometrov, ktorá sa správa ako dvojúrovňový atóm. Bol zabudovaný do vlnovodu fotonického kryštálu.
Pozoruhodné na takýchto systémoch je komunikácia v nichje deterministický. Dokonca aj jeden fotón vypustený do vlnovodu interaguje s kvantovou bodkou. Ak pošlete impulzy, ktoré obsahujú dva alebo viac fotónov, spôsobí to kvantové korelácie. Je to preto, že iba jeden fotón môže interagovať s kvantovou bodkou. Nakoniec, riadením trvania tohto kvantového impulzu môžu vedci vyladiť tieto korelácie a interakcie medzi fotónmi.
Pomocou svojej experimentálnej metódy vedciV podstate dokázali ovládať fotón pomocou druhého, ktorý je sprostredkovaný kvantovým žiaričom. Inými slovami, úspešne implementovali nelineárnu interakciu fotón-fotón a prinútili častice „komunikovať“.
kam to vedie?
V dôsledku toho vedci vyvinuli metódu, ktoráumožňuje fotónom navzájom efektívne interagovať prostredníctvom komunikácie s kvantovými bodkami. To pomôže vytvoriť nové smery na vytváranie fotónových a fotónových kvantových brán. Objav bude užitočný aj pri vytváraní deterministických zariadení na triedenie fotónov, ktoré sú potrebné napríklad pre kvantové opakovače.
Kvantové opakovače umožňujú vytváraťzapletenie na vzdialených uzloch bez fyzického odoslania zapleteného qubitu na celú vzdialenosť. Jednoducho povedané, zosilňujú signál a zabraňujú vyblednutiu fotónov.
Nová stratégia má dôležité dôsledky pre obochvýskum v oblasti kvantovej fyziky a pre rozvoj kvantových technológií. Metóda napríklad otvorí nové možnosti pre vývoj kvantových optických zariadení a tiež fyzikom umožní experimentovať s prispôsobenými komplexnými fotonickými kvantovými stavmi.
Čo bude ďalej?
Vedci sa nezastavia a plánujúrozšíriť experiment. Na základnej úrovni chcú získať hlbšie pochopenie toho, ako sú kvantové stavy svetla ovplyvnené cestovaním cez jednu kvantovú bodku. Vedci sú však presvedčení, že túto kvantovú interakciu možno použiť v praxi.
Teraz sa fyzici pokúšajú použiť nelineárneinterakcia fotón-fotón, implementovaná v nedávnej štúdii, na simuláciu vibračnej dynamiky molekúl. Je to možné prispôsobením vibračnej dynamiky zložitých molekúl šíreniu fotónov v pokročilých fotonických obvodoch.
Čítaj viac:
NASA odhalila pôvod Haumea – najzáhadnejšej planéty slnečnej sústavy
Živé organizmy urobili Mars neobývateľným
Pečeň môže pracovať viac ako 100 rokov: vedci povedali, ako je to možné
Na obale:dva fotóny šíriace sa vo vlnovode a interagujúce s jedným kvantovým žiaričom. V dôsledku toho vedci dosiahli interakciu fotón-fotón, ktorá vedie ku koreláciám. Poďakovanie: Le Jeannic et al.