Фотон, излучающий свет

Лейденский университет

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Доктор философии. кандидат разработал инновационную технику создания элементарных строительных блоков будущего квантового компьютера или Интернета более контролируемым образом, открывая потенциальное решение многих проблем на пути к этой долгожданной технологии.

Докторская диссертация Петра Штайндла, которую он защитил на прошлой неделе как заключительный этап своей докторской диссертации. Программа Лейденского университета в Германии исследует новую технику генерации фотонов с использованием квантовых точек и микрорезонаторов.

«Проще говоря, квантовая точка — это маленький островок полупроводникового материала», — сказал Стейндл в заявлении Лейденского университета. «Поскольку его размер составляет всего несколько нанометров, он ощущает квантовые эффекты, как атом».

Квантовые точки, которые иногда называют искусственными атомами, предлагают более контролируемый способ исследования квантовых явлений, что делает их идеальными для задачи излучения одиночных фотонов из материала.

Для этого Стейндл поместил этот полупроводниковый «остров» в микрополость, которая представляет собой отверстие диаметром всего несколько нанометров, так что через него может проходить только свет определенной длины волны.

«Вы можете представить эту полость как два зеркала, обращенных друг к другу», — сказал Стейндл. «Лазерный свет отражается между ними взад и вперед. Квантовая точка не любит взаимодействовать со светом, но оптический резонатор делает это более вероятным, поскольку лазер проходит через точку много раз».

Этот свет в конечном итоге взаимодействует с электронами в квантовой точке, и именно здесь все становится интересным для исследователей квантовых компьютеров.

«Резонансный лазер переводит электрон в квантовой точке из его основного энергетического состояния в более высокое», — сказал Стейндл. «Когда квантовая точка возвращается в основное состояние, она испускает один фотон. Микрорезонатор удобно направляет этот фотон к остальной части нашей установки».

Отделить фотон от лазера сложно, поскольку он имеет ту же длину волны, что и лазер, но, по мнению Стейндля, эту проблему тоже можно решить.

«Однако задача состоит в том, чтобы отделить этот фотон от лазерного света. Он имеет ту же длину волны, что и лазер, но немного другую поляризацию. Вы можете использовать это свойство, чтобы изолировать фотон».

Одиночные фотоны затем можно будет использовать во всех видах других технологий, особенно в приложениях квантовых вычислений, где одиночные фотоны могут иметь мощные квантовые эффекты.

«Мы знаем, что одиночные фотоны полезны для обеспечения безопасности и аутентификации», — сказал Стейндл. «Например, вы можете отправить два одинаковых одиночных фотона из разных мест светоделителя. Если эти фотоны прибудут в измененном состоянии или не одновременно, вы знаете, что был подслушиватель».

«Я считаю, что строить эти легкие конструкции совершенно потрясающе», — добавил Стейндл. «Тот факт, что это вообще возможно, ошеломляет. Что мы можем понять физику на таком глубоком уровне. Хотя это увлекательно, потенциал квантовых приложений мне кажется почти побочным эффектом».