Исследователи из Университета Айовы разработали модель, позволяющую минимизировать помехи для получения стабильного потока одиночных фотонов (показано на этом изображении). Это достижение может сделать квантовые вычисления и связь более надежными и безопасными. Автор изображения: лаборатория Равитеджа Уппу, Университет Айовы.
На фотографии Равитедж Уппу.
«Мы показали, что рассеянное лазерное излучение, обычно считающееся помехой, может быть использовано для подавления нежелательного многофотонного излучения», — говорит Равитедж Уппу , доцент кафедры физики и астрономии и ведущий автор исследования. «Этот теоретический прорыв может превратить давнюю проблему в мощный новый инструмент для развития квантовых технологий».
Прорыв заключается в преобразовании устойчивой проблемы в квантовой фотонике в решение.
Аспирант Мэттью Нельсон обнаружил, что нежелательные фотоны, производимые во время работы лазера, имеют почти идентичные характеристики длины волны и формы волны с самим мешающим лазерным светом. Это сходство позволяет настроить два источника шума так, чтобы они компенсировали друг друга посредством деструктивной интерференции, что приводит к значительно более чистому потоку одиночных фотонов — фундаментальных единиц, необходимых для фотонных квантовых систем.
Преодоление двух препятствий одновременно
Исследование решает две давние проблемы, которые препятствовали надежной генерации одиночных фотонов. Первая — это рассеяние лазерного излучения, когда лазеры, используемые для стимуляции атомов, непреднамеренно производят дополнительные фотоны, которые снижают эффективность оптических схем. Вторая проблема возникает, когда атомы иногда испускают несколько фотонов одновременно, а не по одному, нарушая точный поток фотонов в строгой последовательности, необходимый для квантовых операций.
«Мы показали, что паразитное рассеяние лазерного излучения, которое обычно считается помехой, можно использовать для подавления нежелательного многофотонного излучения», — сказал Равитедж Уппу, доцент кафедры физики и астрономии и автор-корреспондент исследования. «Этот теоретический прорыв может превратить давнюю проблему в мощный новый инструмент для развития квантовых технологий».
Точно контролируя взаимодействие лазерного луча с атомом — включая угол, форму и конфигурацию — исследователи могут устранить дополнительные фотоны, которые атом склонен испускать, оставляя исключительно чистый поток.
Последствия для вычислений и безопасности
Источники одиночных фотонов имеют центральное значение для развивающихся фотонных платформ квантовых вычислений, которые используют частицы света в качестве кубитов для выполнения вычислений потенциально быстрее и эффективнее, чем электронные системы. Упорядоченный поток фотонов также критически важен для квантового шифрования, где каналы одиночных фотонов гораздо сложнее перехватить или прослушать. Несколько стартапов инвестируют в квантовые системы на основе света, но прогресс был ограничен отсутствием надежных источников одиночных фотонов.
Исследование, опубликованное онлайн 3 ноября, финансировалось Управлением заместителя министра обороны по научным исследованиям и разработкам Министерства обороны США. Управление вице-президента по научным исследованиям Университета Айовы также предоставило начальный грант через свою программу P3.
Результаты остаются теоретическими, и исследователи планируют лабораторные эксперименты для проверки своей модели.
Исследование
Публикация
Комментариев нет:
Отправить комментарий