Впервые изменен цвет одиночного фотона

Исследователи из NIST впервые продемонстрировали преобразование длины волны одиночного фотона из ближней инфракрасной области (1300 нм), излученного полупроводниковой квантовой точкой, в фотон с длиной волны из ближней области видимого света 710 нм. Способность изменять цвет одиночного фотона может помочь в разработке гибридных квантовых систем для применения в квантовой связи, вычислениях и метрологии.

Два важных компонента квантовой обработки данных включают передачу данных, закодированных в квантовых состояниях фотона, и их хранение в долгоживущих внутренних состояниях систем, подобных захваченным атомам, ионам или твердотельным ансамблям. Идеальным является устройство, которое одинаково хорошо генерирует и сохраняет фотоны. На практике, однако, возникают проблемы, поскольку в типичном случае квантовая память хорошо поглощает и хранит фотоны из ближней области видимого света, а передача происходит в ближней инфракрасной области, в которой меньше потери в оптоволокне.

Чтобы совместить эти два конфликтующих требования, команда из NIST объединила в сдвоенном оптоволокне источник единичного фотона и детектор с преобразованием с повышением частоты. Последний использует сильный лазер накачки и специальный кристалл с нелинейными свойствами для преобразования фотонов с низкой частотой в фотоны с высокой частотой.

По словам авторов статьи Мэтью Ракера (Matthew Rakher) и Картика Шринивасана (Kartik Srinivasan) предыдущие эксперименты по повышению частоты страдали от несовершенства излучателей одиночных фотонов. В то же время квантовая точка действует как истинный источник одного фотона.

Преобразование с повышением частоты облегчает детектирование фотона, поскольку коммерчески доступные однофотонные детекторы в ближней инфракрасной области сильно шумят, тогда как детекторы в ближней области видимого света более совершенны.

В новой эксперименте NIST цвет одиночных фотонов, излученных квантовой точкой (QD SPS), меняется с помощью повышающего частоту кристалла и лазера накачки к более удобному для детектирования