Фотоны и электроны ведут себя на квантовом уровне по-разному. Квант — это самая маленькая единица в атомном мире, а фотоны — это основные единицы света и электронов электрического тока.
Электроны представляют собой так называемые фермионы и могут легко течь по отдельности, в то время как фотоны — это бозоны, которые предпочитают слипаться. Но поскольку информация для квантовой связи на основе фотоники находится в отдельном фотоне, необходимо иметь возможность отправлять их по одному.«Итак, вам нужно испустить фотоны из фермионной системы, и мы делаем это, создавая чрезвычайно сильное взаимодействие между светом и материей», — объясняет Питер Лодаль, профессор и руководитель исследовательской группы квантовой фотоники в Институте Нильса Бора при Университете им. Копенгаген.
Фотонный канонИсследователи разработали своего рода однофотонную пушку, встроенную в оптический чип. Оптический чип состоит из чрезвычайно маленького фотонного кристалла шириной 10 микрон (1 микрон составляет одну тысячную миллиметра) и толщиной 160 нанометров (1 нанометр составляет тысячную долю микрона). В центре чипа находится источник света. , так называемая квантовая точка.
«Затем мы направляем лазерный свет на квантовую точку, где находятся атомы с электронами на орбите вокруг ядра. Лазерный свет возбуждает электроны, которые затем прыгают с одной орбиты на другую и, таким образом, излучают по одному фотону за раз.
Обычно свет рассеивается во всех направлениях, но мы разработали фотонный чип так, чтобы все фотоны проходили только через один канал », — объясняет Сорен Стоббе, доцент исследовательской группы квантовой фотоники в Институте Нильса Бора.Питер Лодал и Сорен Стоббе объясняют, что это не только работает, но и чрезвычайно эффективно. «Мы можем управлять фотонами и отправлять их в нужном нам направлении с вероятностью успеха 98,4%. Это окончательный контроль над взаимодействием между материей и светом, обладающий удивительным потенциалом. Такая однофотонная пушка давно стала популярной в мире. область исследований и открывает новые захватывающие возможности для фундаментальных экспериментов и новых технологий », — объясняют они.
Два исследователя находятся в процессе патентования нескольких частей своей работы с конкретной целью разработки прототипа высокоэффективного однофотонного источника, который можно было бы использовать для шифрования или для расчетов сложных квантово-механических задач и, в целом, важный строительный блок для будущих квантовых технологий. Ожидается, что квантовая технология будущего приведет к новым способам кодирования неразрывной информации и выполнения сложных параллельных вычислений.