Fotonlar arasında verimli etkileşimler sağlamak için yeni bir yöntem

Fotonlar arasında verimli etkileşimler sağlamak için yeni bir yöntem

Tek bir kuantum yayıcı ile etkileşen bir dalga kılavuzunda yayılan iki foton. Korelasyonlarla sonuçlanan foton-foton etkileşimi. Kredi: Le Jeannic ve ark.

Bir ışık kuantumunu temsil eden parçacıklar olan fotonlar, yeni kuantum teknolojilerinin geliştirilmesi için büyük bir potansiyel göstermiştir. Daha spesifik olarak fizikçiler, fotonlar kullanılarak uzun mesafelerde iletilebilen fotonik kübitler (kuantum bilgi birimleri) yaratma olasılığını araştırıyorlar.

Bazı umut verici sonuçlara rağmen, fotonik kübitlerin büyük ölçekte başarıyla uygulanabilmesi için hala bazı engellerin aşılması gerekiyor. Örneğin, fotonların yayılma kaybına (yani bir noktadan diğerine hareket ederken enerji, radyasyon veya sinyal kaybı) duyarlı oldukları ve birbirleriyle etkileşime girmedikleri bilinmektedir.

Danimarka’daki Kopenhag Üniversitesi’ndeki, İspanya’daki Instituto de Física Fundamental IFF-CSIC’deki ve Almanya’daki Ruhr-Universität Bochum’daki araştırmacılar, yakın zamanda bu zorluklardan birinin, yani foton-foton etkileşimlerinin eksikliğinin üstesinden gelmeye yardımcı olabilecek bir strateji geliştirdiler. Yöntemleri, yayınlanan bir makalede sunuldu. Doğa Fiziğisonunda daha karmaşık kuantum cihazlarının geliştirilmesine yardımcı olabilir.

Çalışmayı yürüten araştırmacılardan Peter Lodahl, “15 yılı aşkın bir süredir tek kuantum yayıcıların (kuantum noktaları) tek fotonlara deterministik arabirimi üzerinde çalışıyoruz ve nanofotonik dalga kılavuzlarına dayalı çok güçlü bir yöntem geliştirdik.” Phys.org’a anlattı. “Genellikle bu cihazları deterministik tek foton kaynakları ve çoklu foton dolaşma kaynakları için uyguladık, ancak bir başka olası uygulama da fotonlar üzerinde doğrusal olmayan işlemleri başlatmak olabilir.”

Lodahl ve meslektaşları, 2015 yılında tek tek fotonları kullanan doğrusal olmayan işlemlerin ilk kavram kanıtını gerçekleştirdiler. Ancak bu etkiyi daha fazla araştırdıklarında, bu karmaşık, tek fotonlu ve doğrusal olmayan temel fiziğin altında yatan temel fiziği tam olarak anlamada zorluklarla karşılaştılar. etkileşim.

Lodahl, “Önceki çalışmamızda, ışık darbelerinin doğrusal olmayan etkileşimini yöneten fiziğin oldukça zengin olduğunu ve fotonik kuantum kapıları ve foton sıralayıcıları oluşturmak için bazı yeni fırsatlara yol açtığını bulduk.” Dedi. “Deterministik olarak eşleştirilmiş bir kuantum yayıcı ile bağlantı nedeniyle doğrusal olmayan etkileşime giren doğrusal olmayan kuantum darbelerinin ilk deneysel çalışmasını gerçekleştirdik.”

Yeni deneylerinde araştırmacılar, tek foton dalga paketleri arasında doğrusal olmayan kuantum etkileşimlerini sağlamak için tek bir kuantum yayıcının nanofotonik dalga kılavuzu ile verimli ve tutarlı bir şekilde bağlanmasını kullandılar. Bunu yapmak için, bir fotonik kristal dalga kılavuzuna gömülü, iki seviyeli bir atom gibi davranan nm boyutlu bir parçacık olan tek bir kuantum noktası kullandılar.

Lodahl, “Bu tür sistemlerde, bağlantı deterministiktir, böylece dalga kılavuzuna gönderilen bir foton bile kuantum noktasıyla etkileşime girer.” “İki veya daha fazla foton içeren darbeler göndermek kuantum korelasyonlarını indükler, çünkü bir seferde yalnızca bir foton kuantum noktasıyla etkileşime girebilir. Kuantum darbesinin süresini kontrol ederek, bu korelasyonları ve fotonlar arasındaki etkileşimi uyarlayabiliriz.”

Lodahl ve meslektaşları, deneysel yöntemlerini kullanarak, kuantum yayıcılarının aracılık ettiği ikinci bir foton kullanarak bir fotonu kontrol edebildiler. Başka bir deyişle, doğrusal olmayan bir foton-foton etkileşimini başarıyla gerçekleştirdiler.

Lodahl, “Fotonların kuantum noktalarına bağlanmasının aracılık ettiği birbirleriyle verimli bir şekilde etkileşime girmesini sağlamak için bir yöntem geliştirdik” dedi. “Bunun, foton-foton kuantum kapıları (ki bu fotonik kuantum hesaplamadaki zor kapıdır) veya örneğin kuantum tekrarlayıcılar için gerekli olan deterministik foton sıralayıcı cihazları yapmak için yeni yönler açabileceğini düşünüyoruz.”

Bu araştırmacılar ekibi tarafından sunulan yeni strateji, hem kuantum fiziği araştırmaları hem de kuantum teknolojisinin gelişimi için önemli etkilere sahip olabilir. Örneğin, yöntemleri kuantum optik cihazların geliştirilmesi için yeni olasılıklar açarken, fizikçilerin uyarlanmış karmaşık fotonik kuantum durumları ile deney yapmalarına da izin verebilir.

Araştırmaya katılan başka bir araştırmacı olan Hanna Le Jeannic, Phys.org’a “Mevcut çalışmayı genişleten bir dizi faaliyetimiz var” dedi. “Temel düzeyde, ışığın kuantum durumlarının tek bir kuantum noktasından geçerek nasıl etkilendiğini daha derinden anlamaya çalışıyoruz. Ama aynı zamanda bu kuantum etkileşiminin uygulamalarını şimdiden öngörüyoruz.”

Şu anda, Lodahl, Le Jeannic ve meslektaşları, moleküllerin titreşim dinamiklerini simüle etmek için son çalışmalarında gerçekleştirilen doğrusal olmayan foton-foton etkileşiminden yararlanmaya çalışıyorlar. Bu, karmaşık moleküllerin titreşim dinamiklerini, gelişmiş fotonik devrelerde fotonların yayılmasına eşleyerek başarılabilir.


Özelleştirilmiş tek fotonlar: Yeni teknolojilerin anahtarı olarak fotonların optik kontrolü


Daha fazla bilgi:
Hanna Le Jeannic ve diğerleri, Kuantum yayıcının aracılık ettiği dinamik foton-foton etkileşimi, Doğa Fiziği (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01720-x

Ravitej Uppu ve diğerleri, ölçeklenebilir fotonik kuantum teknolojisi için kuantum nokta tabanlı deterministik foton-yayıcı arayüzleri, Doğa Nanoteknoloji (2021). DOI: 10.1038/s41565-021-00965-6

A. Javadi ve diğerleri, Dalga kılavuzunda kuantum noktalı tek foton doğrusal olmayan optik, Doğa İletişimi (2015). DOI: 10.1038/ncomms9655

© 2022 Bilim X Ağı

Alıntı: Fotonlar arasında verimli etkileşimler sağlamak için yeni bir yöntem (2022, 6 Ekim) 7 Ekim 2022’de https://phys.org/news/2022-10-method-enable-effect-interactions-photons.html adresinden alınmıştır.

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölüm çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.

Leave a Comment