Исследователи из Института Нильса Бора работают с квантовыми точками, которые представляют собой своего рода искусственный атом, который можно встроить в оптические чипы. В квантовой точке электрон можно возбудить (то есть подпрыгнуть), например, направив на него свет лазером, и электрон покинет «дыру». Чем сильнее взаимодействие между светом и веществом, тем быстрее электрон распадается обратно в дырку и тем быстрее излучается свет.Но взаимодействие между светом и веществом, естественно, очень слабое, и из-за этого источники света очень медленно излучают свет, что может снизить энергоэффективность.
Уже в 1954 году физик Роберт Дике предсказал, что взаимодействие между светом и веществом может быть усилено за счет наличия ряда атомов, которые «разделяют» возбужденное состояние в квантовой суперпозиции.Квантовая скорость
Демонстрация этого эффекта до сих пор была сложной задачей, потому что атомы либо подходят так близко друг к другу, что сталкиваются друг с другом, либо находятся так далеко друг от друга, что квантовое ускорение не работает. Исследователи из Института Нильса Бора наконец-то продемонстрировали этот эффект экспериментально, но в совершенно другой физической системе, чем имел в виду Дике. Они показали это так называемое сверхизлучение для фотонов, испускаемых одной квантовой точкой.«Мы разработали квантовую точку, которая ведет себя так, как если бы она состояла из пяти квантовых точек, а это означает, что свет в пять раз сильнее.
Это происходит из-за притяжения между электроном и дырой. Но что особенным, так это то, что квантовая точка по-прежнему излучает только один фотон за раз.
Это выдающийся источник одиночных фотонов », — говорит Сорен Стоббе, доцент группы исследований квантовой фотоники в Институте Нильса Бора при Копенгагенском университете и руководивший проэкт. Эксперимент проводился в сотрудничестве с исследовательской группой профессора Дэвида Ричи из Кембриджского университета, которая создала квантовые точки.
Петру Тигиняну, постдоктор исследовательской группы квантовой фотоники в Институте Нильса Бора, провел эксперименты и объясняет эффект как таковой тем, что атомы очень маленькие, а свет очень «большой» из-за своей длинной волны, поэтому свет почти не может «видеть» атомы — как грузовик, который едет по дороге и не замечает небольшой камешек. Но если многие камешки станут более крупными, грузовик сможет их зарегистрировать, и тогда взаимодействие станет гораздо более драматичным.
Точно так же свет гораздо сильнее взаимодействует с квантовой точкой, если квантовая точка содержит особое сверхизлучательное квантовое состояние, из-за чего она выглядит намного больше.Увеличение взаимодействия света с веществом«Усиление взаимодействия света и материи делает квантовые точки более устойчивыми к возмущениям, которые обнаруживаются во всех материалах, например, к акустическим колебаниям. Это помогает сделать фотоны более однородными и важно для того, насколько большие вы можете построить будущие квантовые точки. компьютеры », — говорит Сорен Стоббе.Он добавляет, что на самом деле температура, которая всего на несколько градусов выше абсолютного нуля, ограничивает, насколько быстро световое излучение может оставаться в их текущих экспериментах.
В долгосрочной перспективе они будут изучать квантовые точки при еще более низких температурах, где эффекты могут быть очень драматичными.