Bir miktar ışığı temsil eden parçacıklar olan fotonlar, halihazırda büyük bir gelişme potansiyeli göstermiştir.
Sorun nedir?
Umut verici sonuçlara rağmenÖn deneylere göre, fotonik kübitlerin büyük ölçekte uygulanabilmesi için bilimsel bir atılım yapılması gerekiyor. Örneğin fotonların bir noktadan diğerine hareket ederken enerji ve radyasyon kaybedebilecekleri ve birbirleriyle etkileşime giremeyecekleri bilinmektedir.
Kopenhag Üniversitesi'nden araştırmacılarDanimarka'da, İspanya'da Instituto de Física Fundamental IFF-CSIC ve Almanya'da Ruhr Üniversitesi Bochum yakın zamanda bu sorunlardan birinin, yani foton-foton etkileşiminin eksikliğinin üstesinden gelmek için bir strateji geliştirdi. Yöntemleri sonuçta daha karmaşık kuantum cihazlarının geliştirilmesine yardımcı olacak.
15 yıldan fazla deney
Bilim insanları deterministik üzerinde çalışıyortek kuantum yayıcıların (kuantum noktaları) tek fotonlarla eşleştirilmesi - 15 yıldan fazla. Sonuç olarak nanofotonik dalga kılavuzlarına dayalı bir yöntem geliştirdiler.
Bir nesnenin determinizmi açıklanabilirdeterminizm doktrininin yardımıyla (Latince determinare'den - “sınırlamak, özetlemek, belirlemek”). Ona göre tüm nesneler birbirine bağlıdır ve tüm olgular ve süreçler karşılıklı olarak belirlenir.
Tipik olarak bu cihazlar şu amaçlarla kullanıldı:deterministik tek foton kaynakları ve çoklu foton dolaşıklığının kaynakları. Ancak fotonlarla doğrusal olmayan işlemleri başlatmak için de kullanışlıydı.
Dalga kılavuzu - yapay veya doğalbir dalganın yayılabileceği bir kılavuz kanal. Dalganın taşıdığı güç akışı tam olarak kanalın içinde yer alır. Diğer bir seçenek ise kanala bitişik boşluk alanında yoğunlaşmasıdır.
Bu tür operasyonların konsepti ilk kez gösterildi2015 yılında. Ancak bu etkiyi daha ayrıntılı araştırırken zorluklarla karşılaştılar. Bu karmaşık, tek fotonlu ve doğrusal olmayan etkileşimin altında yatan temel fizik sorularıyla ilgilidirler.
Daha önceki çalışmalarda bilim insanlarıIşık darbelerinin doğrusal olmayan etkileşiminden sorumlu olan fiziğin aynı zamanda fotonik kuantum geçitleri ve "foton ayırıcılar" oluşturmak için de yararlı olduğunu keşfetti.
Böylece bilim adamları ilk deneyi gerçekleştirdiler.Deterministik olarak eşleşmiş bir kuantum yayıcıyla birleşme nedeniyle doğrusal olmayan etkileşimlere maruz kalan doğrusal olmayan kuantum darbelerinin incelenmesi.
Bilim adamları ne yaptı?
Yeni bir deneyde araştırmacılartek bir kuantum yayıcının nanofotonik bir dalga kılavuzu ile verimli ve tutarlı bir şekilde birleştirilmesini kullandı. Amaç, tek fotonlu dalga paketleri arasında doğrusal olmayan kuantum etkileşimini mümkün kılmaktır.
Bir dalga paketi belirli bir dalga kümesidir.farklı frekanslara sahip olan. Genellikle zaman ve mekan açısından sınırlı, dalga özelliklerine sahip bir oluşumu tanımlarlar.
Bunu yapmak için bilim insanları, iki seviyeli bir atom gibi davranan nanometre boyutunda bir parçacık olan bir kuantum noktası kullandılar. Bir fotonik kristal dalga kılavuzunun içine yerleştirildi.
Bu tür sistemlerde dikkat çekici olan şey, içlerindeki iletişimindeterministiktir. Bir dalga kılavuzuna fırlatılan bir foton bile bir kuantum noktasıyla etkileşime girer. İki veya daha fazla foton içeren darbeler gönderirseniz, kuantum korelasyonlarına neden olur. Bunun nedeni, aynı anda yalnızca bir fotonun bir kuantum noktasıyla etkileşime girebilmesidir. Sonuçta, bilim insanları bu kuantum darbesinin süresini kontrol ederek fotonlar arasındaki bu korelasyonları ve etkileşimleri ayarlayabilirler.
Bilim insanları deneysel yöntemlerini kullanarakTemelde, bir kuantum yayıcının aracılık ettiği ikinci bir fotonu kullanarak bir fotonu kontrol edebildiler. Başka bir deyişle, doğrusal olmayan foton-foton etkileşimini başarıyla uyguladılar ve parçacıkları "iletişim kurmaya" zorladılar.
Nereye götürüyor?
Bunun sonucunda bilim insanları şöyle bir yöntem geliştirdiler:fotonların kuantum noktalarıyla iletişim yoluyla birbirleriyle etkili bir şekilde etkileşime girmesine olanak tanır. Bu, foton-foton kuantum kapılarının oluşturulmasına yönelik yeni yönelimlerin oluşturulmasına yardımcı olacaktır. Keşif aynı zamanda örneğin kuantum tekrarlayıcılar için gerekli olan deterministik foton sınıflandırma cihazlarının oluşturulmasında da faydalı olacaktır.
Kuantum tekrarlayıcılar oluşturmayı mümkün kılarDolaşmış kübiti tüm mesafe boyunca fiziksel olarak göndermeden uzak düğümlerde dolaşma. Basitçe söylemek gerekirse, sinyali güçlendirirler ve fotonların solmasını önlerler.
Yeni stratejinin her ikisi için de önemli sonuçları var.Kuantum fiziği alanında ve kuantum teknolojilerinin geliştirilmesine yönelik araştırmalar. Örneğin yöntem, kuantum optik cihazların geliştirilmesi için yeni olasılıkların önünü açacak ve aynı zamanda fizikçilerin özel olarak tasarlanmış karmaşık fotonik kuantum durumlarıyla deneyler yapmasına da olanak tanıyacak.
Sırada ne var?
Bilim adamları durmayacak ve plan yapmayacaklardenemeyi genişletin. Temel düzeyde, ışığın kuantum durumlarının tek bir kuantum noktasından geçerken nasıl etkilendiğine dair daha derin bir anlayış kazanmak istiyorlar. Ancak bilim insanları bu kuantum etkileşiminin pratikte uygulanabileceğinden emin.
Şimdi fizikçiler doğrusal olmayanı kullanmaya çalışıyorlar.Moleküllerin titreşim dinamiklerini simüle etmek için yakın zamanda yapılan bir çalışmada uygulanan foton-foton etkileşimi. Bu, karmaşık moleküllerin titreşim dinamiklerini, gelişmiş fotonik devrelerde fotonların yayılımıyla eşleştirerek mümkündür.
Daha fazla oku:
NASA, güneş sistemindeki en gizemli gezegen olan Haumea'nın kökenini açıkladı
Canlı organizmalar Mars'ı yaşanmaz hale getirdi
Karaciğer 100 yıldan fazla çalışabilir: bilim adamları bunun nasıl mümkün olduğunu anlattı
Kapakta:bir dalga kılavuzunda yayılan ve tek bir kuantum yayıcıyla etkileşime giren iki foton. Sonuç olarak bilim insanları, korelasyonla sonuçlanan foton-foton etkileşimini elde etti. Kredi: Le Jeannic ve ark.