Физики заставили фотоны взаимодействовать друг с другом

Опубликовано kur в 28 августа, 2015 - 10:41

Канадские ученые впервые смогли передать информацию о состоянии с единичного фотона на другие фотоны – этот эффект может быть использован в будущих квантовых устройствах, использующих фотоны для хранения и обработки информации, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Physics.

Фотоны во многих отношениях были бы идеальными переносчиками информации для квантовых вычислительных и коммуникационных систем, однако эти частицы не обладают электрическим зарядом и не взаимодействуют друг с другом. При этом для вычислений и обработки данных необходимы логические элементы, устройства, где переносчики информации могут взаимодействовать и менять состояния друг друга.

Чтобы обойти это препятствие, можно использовать посредники – объекты, чье состояние может меняться под действием единичного фотона, а затем это изменение в состоянии может влиять на параметры второго фотона. Но эффекты от единичных фотонов очень слабы. Только в 1960-е годы, после изобретения лазеров, появилась возможность создавать пучки света достаточной интенсивности, чтобы их воздействие стало заметно. К несчастью, в квантовых устройствах информация кодируется в единичных фотонах, и работа с пучками света здесь невозможна.

Однако теперь группа под руководством Эфраима Штейнберга из университета Торонто, кажется, нашла выход из положения. В качестве объекта-«посредника» они использовали облако атомов рубидия, помещенных в магнито-оптическую ловушку и охлажденных до температуры в несколько микрокельвин. Они показали, что одиночный фотон, проходя через это облако, оставлял в нем «след», который затем можно было обнаружить с помощью пробного лазерного луча, который светил в противоположном направлении. Частота пробного луча была подобрана таким образом, чтобы она не попадала в «окно» энергетического перехода атомов рубидия. «Сигнальный» фотон несколько сдвигал это «окно», что затем «чувствовал» пробный луч: его фаза несколько сдвигалась из-за поглощения и переизлучения фотонов атомами рубидия.

Эксперимент был построен так: ученые снизили интенсивность «сигнального» излучения до того уровня, при котором сигнал мог содержать один фотон или ноль, и установили детектор, который срабатывал только если фотон был. Они много раз «стреляли» сквозь облако атомов и следили за тем, как соответствует сдвиг фазы пробного луча срабатываниям детектора. В результате они обнаружили, что единичный фотон сдвигает фазу на 16 микрорадиан.

Ученым еще предстоит большой путь, прежде чем этот эффект удастся использовать для создания логических элементов. По мнению Штейнберга, сдвиг фазы от воздействия единичного фотона в несколько градусов уже был бы достаточен для создания работающих элементов компьютера. Этого можно было бы достичь путем увеличения плотности атомного облака.

Другая проблема состоит в том, чтобы в качестве «пробника» и получателя данных выступал не луч, а тоже единичный фотон. Решение этой задачи, полагает Штейнберг, состоит в использовании пучка как «квантовой шины данных», которая передавала бы информацию для многих кубитов.

Источник(и): www.rqc.ru / Physics World

Http://www.nanonewsnet.ru/news/2015/fiziki-zastavili-fotony-vzaimodeistvovat-drug-s-drugom