โฟตอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่แสดงถึงควอนตัมของแสง ได้แสดงให้เห็นศักยภาพในการพัฒนาที่ยอดเยี่ยมแล้ว
อะไรคือปัญหา?
แม้จะมีผลลัพธ์ที่น่าหวังก็ตามการทดลองเบื้องต้น จำเป็นต้องมีการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์ก่อนที่จะสามารถนำโทนิคคิวบิตไปใช้ในวงกว้างได้ ตัวอย่างเช่น เป็นที่ทราบกันดีว่าโฟตอนสามารถสูญเสียพลังงานและการแผ่รังสีเมื่อเคลื่อนที่จากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งและไม่มีการโต้ตอบกัน
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกนในเดนมาร์ก Instituto de Física Fundamental IFF-CSIC ในสเปนและ Ruhr University Bochum ในเยอรมนี ได้พัฒนากลยุทธ์เพื่อเอาชนะหนึ่งในปัญหาเหล่านี้ กล่าวคือ การขาดปฏิสัมพันธ์ระหว่างโฟตอนและโฟตอน วิธีการของพวกเขาจะช่วยในการพัฒนาอุปกรณ์ควอนตัมที่ซับซ้อนมากขึ้นในที่สุด
กว่า 15 ปีของการทดลอง
นักวิทยาศาสตร์ได้ทำงานเกี่ยวกับการกำหนดขึ้นการจับคู่ตัวปล่อยควอนตัมเดี่ยว (จุดควอนตัม) กับโฟตอนเดี่ยว - มากกว่า 15 ปี เป็นผลให้พวกเขาได้พัฒนาวิธีการโดยใช้ท่อนำคลื่นนาโนโฟโตนิก
สามารถอธิบายระดับของวัตถุได้ด้วยความช่วยเหลือของหลักคำสอนเรื่องระดับ (จากภาษาละติน determinare - "เพื่อ จำกัด ร่างโครงร่างกำหนด") ตามที่เขาพูดวัตถุทั้งหมดเชื่อมโยงถึงกันและปรากฏการณ์และกระบวนการทั้งหมดถูกกำหนดร่วมกัน
โดยปกติแล้วอุปกรณ์เหล่านี้จะใช้สำหรับแหล่งที่มาของโฟตอนเดี่ยวที่กำหนดและแหล่งที่มาของการพัวพันของมัลติโฟตอน อย่างไรก็ตาม ยังมีประโยชน์สำหรับการเริ่มต้นการดำเนินการแบบไม่เชิงเส้นด้วยโฟตอนอีกด้วย
ท่อนำคลื่น - ประดิษฐ์หรือเป็นธรรมชาติช่องทางนำคลื่นที่สามารถแพร่กระจายได้ การไหลของพลังงานที่พัดพาโดยคลื่นนั้นตั้งอยู่ภายในช่องสัญญาณอย่างแม่นยำ อีกทางเลือกหนึ่งคือกระจุกตัวในพื้นที่พื้นที่ติดกับช่องสัญญาณ
แนวคิดของการดำเนินการดังกล่าวได้ถูกแสดงเป็นครั้งแรกในปี 2558 อย่างไรก็ตาม พวกเขาประสบปัญหาในการตรวจสอบผลกระทบนี้เพิ่มเติม พวกเขาเกี่ยวข้องกับคำถามของฟิสิกส์พื้นฐานที่รองรับปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อน โฟตอนเดี่ยว และไม่เชิงเส้นนี้
ในการศึกษาก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าฟิสิกส์ที่รับผิดชอบต่อปฏิสัมพันธ์แบบไม่เชิงเส้นของพัลส์แสงยังมีประโยชน์สำหรับการสร้างประตูควอนตัมโทนิคและ "เครื่องคัดแยกโฟตอน"
ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงทำการทดลองครั้งแรกการศึกษาพัลส์ควอนตัมไม่เชิงเส้นที่ได้รับปฏิกิริยาไม่เชิงเส้นเนื่องจากการควบคู่กับตัวปล่อยควอนตัมคู่ที่กำหนดตามที่กำหนด
นักวิทยาศาสตร์ได้ทำอะไร?
ในการทดลองครั้งใหม่นักวิจัยใช้การเชื่อมต่อที่มีประสิทธิภาพและสอดคล้องกันของตัวปล่อยควอนตัมตัวเดียวกับท่อนำคลื่นนาโนโฟโตนิก เป้าหมายคือเพื่อให้สามารถโต้ตอบควอนตัมแบบไม่เชิงเส้นระหว่างแพ็กเก็ตคลื่นโฟตอนเดี่ยวได้
แพ็กเก็ตคลื่นคือชุดของคลื่นจำนวนหนึ่งซึ่งมีความถี่ต่างกัน อธิบายการก่อตัวที่มีคุณสมบัติของคลื่น ซึ่งโดยทั่วไปจะมีข้อจำกัดด้านเวลาและพื้นที่
ในการทำเช่นนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้จุดควอนตัมหนึ่งจุด ซึ่งเป็นอนุภาคขนาดนาโนเมตรซึ่งมีพฤติกรรมเหมือนอะตอมสองระดับ มันถูกสร้างขึ้นในท่อนำคลื่นคริสตัลโทนิค
สิ่งที่น่าทึ่งเกี่ยวกับระบบดังกล่าวก็คือการสื่อสารภายในนั้นเป็นสิ่งที่กำหนดได้ แม้แต่โฟตอนที่ปล่อยเข้าไปในท่อนำคลื่นก็มีปฏิกิริยากับจุดควอนตัม หากคุณส่งพัลส์ที่มีโฟตอนตั้งแต่สองตัวขึ้นไป จะทำให้เกิดความสัมพันธ์ทางควอนตัม เนื่องจากโฟตอนสามารถโต้ตอบกับจุดควอนตัมได้ครั้งละหนึ่งโฟตอนเท่านั้น ท้ายที่สุดแล้ว ด้วยการควบคุมระยะเวลาของพัลส์ควอนตัมนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถปรับความสัมพันธ์และปฏิสัมพันธ์ระหว่างโฟตอนได้
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».
มันนำไปสู่ที่ไหน?
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.
ถัดไปคืออะไร
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.
อ่านเพิ่มเติม:
NASA เปิดเผยที่มาของ Haumea - ดาวเคราะห์ลึกลับที่สุดในระบบสุริยะ
สิ่งมีชีวิตทำให้ดาวอังคารอยู่ไม่ได้
ตับสามารถทำงานได้มากกว่า 100 ปี: นักวิทยาศาสตร์บอกว่าเป็นไปได้อย่างไร
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.