В Копенгагене создан высокоэффективный источник фотонов для квантовых коммуникаций
Квантовые схемы будущих поколений, в которых вместо электронов применяются фотоны, невозможны без надежных методов генерирования управляемого потока одиночных фотонов. Знаменательного успеха в этом направлении добились исследователи из института Нильса Бора при Копенгагенском университете (Дания). О своем достижении — однофотонной «пушке», интегрированной в фотонный кристалл, они рассказали на страницах научного журнала Physical Review Letters.
На квантовом уровне фотоны и электроны ведут себя по-разному. Первые относятся к фермионам и легко перемещаются индивидуально, вторые — бозоны — склонны к коллективному поведению. Для квантовых коммуникаций, при которых информация записывается в индивидуальных фотонах, требуется передавать их поодиночке.
Для того, чтобы заставить фермионную систему испускать фотоны, команде профессора Петера Лодаля (Peter Lodahl), возглавляющего группу Квантовой фотоники в институте Нильса Бора, пришлось создать «очень сильное взаимодействие между светом и материей».
Оптический чип состоит из фотонного кристалла, шириной всего 10 мкм и длиной — 160 нм. Источником света служит внедренная в центр кристалла квантовая точка.
Возбуждаемые лазером электроны в квантовой точке переходят с одного атомного уровня на другой и излучают одиночные фотоны. «Обычно, свет рассеивается во всех направлениях, но мы сконструировали фотонный чип так, чтобы все фотоны посылались через один канал» — объясняет Сорен Стоббе (Søren Stobbe), доцент группы Квантовой фотоники в Институте Нильса Бора.
Предложенная исследователями конструкция функционирует весьма эффективно. Она позволяет управлять фотонами, посылая их в требуемом направлении с вероятностью успеха 98,4%.
Такая пушка, «стреляющая» одиночными фотонами, по мнению изобретателей, открывает захватывающие перспективы как в фундаментальных экспериментах, так и в новых технологиях.
В настоящее время ведутся работы по созданию прототипа подобного источника фотонов, предназначенного для шифрования или для сложных квантовомеханических расчетов.