Ученые сделали квантовые точки умнее и дешевле
С новой разработкой источники одиночных фотонов — ключевой элемент будущих квантовых технологий — будут проще и надежнее.
Светлана ЛевченкоАвтор новостей
В центре внимания физиков оказались «квантовые точки» — так называются крошечные полупроводниковые структуры, которые могут испускать отдельные фотоны по требованию. Такие источники фотонов считаются одними из самых перспективных для фотонных квантовых компьютеров и систем защищенной связи. Однако у квантовых точек есть серьезная проблема: каждая из них уникальна и испускает фотоны определенного, отличающегося от других «оттенка». Это делает невозможным использование нескольких точек одновременно для создания сложных многоквантовых состояний. Обычно физики обходят это ограничение, применяя одну квантовую точку, но «размножая» ее излучение с помощью очень быстрых электрооптических модуляторов. Такие устройства дорого стоят, требуют тонкой инженерной настройки и уменьшают эффективность системы.
Международная группа физиков под руководством Викaса Ремеша из Инсбрукского университета предложила изящное решение, которое позволяет вообще обойтись без таких электронных компонентов. Ученые использовали чисто оптический прием — стимулированное двухфотонное возбуждение. С его помощью им удалось получать потоки фотонов с различной поляризацией прямо из квантовой точки, не прибегая к активным переключателям.
Метод довольно прост: сначала квантовую точку возбуждают точно рассчитанными лазерными импульсами, переводя ее в особое состояние — биэкситон. Затем следуют дополнительные импульсы с контролируемой поляризацией, которые «заставляют» систему испустить фотоны с нужной поляризацией. «Мы продемонстрировали генерацию высококачественных двухфотонных состояний с отличными характеристиками одиночных фотонов», рассказывают авторы работы Юсуф Карли и Икер Авила Арэнас.
Главное достоинство подхода в том, что сложность переносится с дорогостоящей и шумной электроники на этап оптического возбуждения. «Это значительный шаг к тому, чтобы источники на основе квантовых точек стали более практичными для реальныого применения», подчеркивает руководитель работы Викaс Ремеш. В будущем команда собирается расширить предложенную методику, чтобы управлять любыми линейными состояниями поляризации, что потребует разработки специально сконструированных квантовых точек.
Разработка имеет перспективы применения сразу в нескольких областях. В первую очередь это квантовая криптография: возможность получать независимые потоки фотонов с разной поляризацией позволит вести параллельную защищенную связь с несколькими пользователями одновременно. Не менее важна и фундаментальная наука — многоквантовые эксперименты по интерференции фотонов, которые помогают проверять основы квантовой механики.
Квантовые компьютеры и сети пока что лишь разрабатываются, и подобные работы являются важным шагом к практическому внедрению технологий будущего в повседневную жизнь.
Ранее ученые разработали миниатюрный квантовый чип, способный генерировать экстремально мощные электромагнитные поля.
Поделиться
