Nowa metoda pozyskiwania fotonów

Fot. Pixabay CC0

Pojedyncze fotony mają szerokie zastosowanie.

Są one potrzebne do kryptografii kwantowej i komputerów kwantowych. Jednak ich pozyskiwanie należy do trudnych zadań. Fizycy z Leiden, dzięki serii eksperymentów, opisali na to nowy sposób.

Światło może być bogatym źródłem informacji. Może bowiem różnić się kolorem, intensywnością, polaryzacją i rodzajem błysków. Zwykle składa się ono z niezliczonych cząstek - fotonów. Jeśli jednak skupić się na analizie pojedynczej cząstki, można uzyskać dostęp do zupełnie innego poziomu informacji. Ten wyższy poziom to zjawiska kwantowe, takich jak spin i splątanie. Dzięki nim możliwa jest komunikacja o najwyższym stopniu tajności lub rozwiązywanie skomplikowanych problemów matematycznych przy pomocy komputerów kwantowych.

Wytwarzanie pojedynczych fotonów nie jest jednak takie proste. Naukowcy od lat szukali sposobów, aby zrobić to w najłatwiejszy sposób. Dotychczasowa metoda wygląda następująco: laser świeci na dużym sztucznym atomie - kwantowej kropce - wewnątrz jamy optycznej. Wnęka wychwytuje światło lasera, które w dalszym ciągu odbija się, aż trafi kropkę kwantową. W jej obrębie elektron zostaje pobudzony, po czym powraca do swojego pierwotnego poziomu energetycznego, emitując pojedynczy foton.

Problem polega jednak na tym, że uzyskanie zjawiska leżącego u podstaw metody, czyli "blokowania fotonów", jest bardzo trudne. Wynika to z faktu, że jakiekolwiek resztkowe światło laserowe niszczy pojedynczą cząstkę.

Naukowcy z Leiden, dzięki licznym eksperymentom fizycznym, wpadli na innych pomysł. W ich metodzie, nazywanej niekonwencjonalną blokadą fotonów, kropka kwantowa w jamie jest wzbudzana przez światło o pewnej polaryzacji. Wiązka pojedynczych fotonów powstaje dzięki interferencji kwantowej. "Nasza metoda działa poprzez zasadniczo odmienny mechanizm fizyczny" - mówi główny autor Henk Snijders. "To sprawia, że jest to interesujące odkrycie."

(KB)