Отдельные фотоны необходимы ученым для квантовой криптографии и квантовых компьютеров. Физики из Лейдена экспериментально показали новый способ создания таковых.

Когда мы общаемся друг с другом, мы используем широкий спектр коммуникационных инструментов. Мы шепчем или кричим, говорим тихо или громки, медленно или быстро. Свет также является богатым источником информации. Он может различаться по цвету, интенсивности, поляризации и длине вспышек. Обычно свет состоит из бесчисленных частиц – фотонов. Но, если вы используете отдельные фотоны, вы можете получить доступ к скрытому уровню информации. Начнут происходить квантовые феномены, такие как спин и запутанность, предоставляя идеальную безопасность общению или решение сложных математических задач с помощью квантовых компьютеров. Однако, создать отдельные фотоны не так просто. Группа ученых из Лейденского университета наконец-то смогла экспериментально продемонстрировать новый метод достижения этой цели. Доклад был опубликован23-го июля в журнале Physical Review Letters.

Рассмотрим процесс создания отдельных фотонов. Сначала на искусственный атом – квантовую точку, – помещенный внутрь оптического углубления направляется луч лазера. Углубление ловит лазерный свет, который продолжает отражаться до тех пор, пока не достигнет квантовой точки. Внутри этой квантовой точки возбуждается электрон, после чего падает на свой изначальный уровень, излучая отдельный фотон. Миссия выполнена. Но, создание такого «однофотонного турникета», в основе которого лежит феномен «фотонной блокады», очень сложно, так как любой остаточный лазерный свет может испортить отдельные фотоны.  

Лейденские исследователи сумели предоставить экспериментальное доказательство нового способа создания отдельных фотонов. Со-авторы исследования Винчензо Савона и Хьюго Флаяк из Федеральной политехнической школы в Лозанне разработали теорию для проведения эксперимента. В этом способе, который они назвали нетрадиционной фотонной блокадой, квантовая точка в оптическом углублении возбуждается светом определенной поляризации. Затем, квантовая интерференция производит луч отдельных фотонов.

«Наш способ работает на основе фундаментально отличного физического механизма, – говорит ведущий автор Хенк Снийдерс. – Именно поэтому это открытие интересно».