Небольшая полость обеспечила сильное взаимодействие света и материи
Москва, 10:59, 22 Окт 2019, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.
Ученые успешно создали эффективную квантовую механическую зону контакта света и материала с помощью микроскопической полости. В ней один фотон излучает и поглощает до 10 раз искусственным атомом.
Исследование было проведено специалистами из Базельского и Русского университета Бохума, сообщает sciencedaily.com. Его результаты открывают новые возможности для квантовых технологий.
Выводы проекта опубликованы в журнале Nature.
Заставить фотон с атомом взаимодействовать сложно из-за небольших размеров. Вероятность контакта повышается, если несколько раз провести частицу мимо объекта с помощью зеркал. Для генерирования фотонов ученые используют квантовые точки. Эти полупроводниковые структуры состоят из десятков тысяч элементов, но ведут себя как один атом. При оптическом возбуждении их энергетическое состояние меняется и выделяется фотон.
«Преимуществом квантовых точек является возможность встроить их в полупроводниковый чип», — сказал доктор Даниэль Наджер из Базельского университета, проводивший опыты.
Ученые поместили частицу в полость с зеркальными стенками. Скругленные поверхности отражают фотон до 10 000 раз, заставляя свет взаимодействовать с материей. Измерения показали, что отдельная частица поглощается и излучается точкой до 10 раз. На квантовом уровне энергетическое состояние фотона повышается. В результате появляется новый. Это происходит очень быстро – цикл занимает менее 200 пикосекунд.
«Превращение квантовой точки в фотон и обратно хорошо описано теоретически. Но никто ранее не наблюдал его на практике так близко», — сказал профессор Базельского университета Ричард Уорбертон.
Успех опытов имеет важное значение, так как в природе не существует прямого взаимодействия фотонов. Процесс нужен для квантовых вычислений. Исследование приближает ученых к получению фотонных кубитов, способных хранить и передавать информацию на большие расстояния.
