Ученые придумали новый способ для улавливания одиночных фотонов
Новую схему захвата одиночных фотонов разработали теоретики из Притцкеровской школы молекулярной инженерии (PME) Чикагского университета, 26 ноября сообщает журнал Science Advances.
Типичные системы для улавливания одиночных фотонов в полости состоят из материалов, которые имеют чрезвычайно большую оптическую нелинейность. При ее наличии фотоны в полости сильно взаимодействуют друг с другом.
В таких системах резонансную частоту полости можно сильно сместить, поместив в нее хотя бы один фотон. Если затем направить лазер на резонатор, то пройти сможет только один фотон (из-за сдвига частоты, создаваемого первым фотоном).
Проблема с этим механизмом заключается в том, что он требует от материалов чрезвычайно больших оптических нелинейностей и очень низкого рассеяния, что на большинстве платформ чрезвычайно сложно, если вообще возможно.
Новый механизм может предоставить более простой способ получения квантов света без использования сложных материалов и систем, которые обычно требуются.
В нем используется два разных источника для одновременного излучения фотонов в резонатор, который имеет чрезвычайно слабую нелинейность (слишком слабую для работы традиционных подходов). При тщательной настройке эти источники затем нейтрализуют друг друга с помощью интерференции, создавая «стену», блокирующую прохождение фотонов после того, как выбранное количество фотонов захватывается в резонатор.
Потенциальные возможности применения очень разнообразны. Использование нейтрализующей интерференции, таким образом, означает, что в системе не нужно использовать специальные оптически нелинейные материалы. Это открывает двери для реализации нескольких различных платформ, в том числе в качестве инструмента для квантового моделирования.
Базовый механизм также может применяться ко всему спектру электромагнитного излучения, а не только к видимому свету. Возможно использование этого способа для генерации и управления микроволновыми фотонами в сверхпроводящей цепи, чтобы создавать системы хранения и обработки квантовой информации.
Также ученые исследуют возможности этой системы для запутывания фотонов, где наблюдение одного фотона автоматически дает информацию о фотоне, с которым он связан, независимо от того, насколько далеко они друг от друга находятся.
«Мы думаем, что эта схема может работать во многих различных системах. Если вам не нужны специальные материалы, это действительно расширяет возможности световых квантовых технологий», — сказал один из авторов статьи профессор Чикагского университета Аашиш Клерк.
