Российский Квантовый Центр Russian Quantum Center

News / Новости

Физики научили фотоны «переключать» друг друга


2017-02-06

Ученым впервые удалось добиться устойчивого взаимодействия между фотонами, то есть хорошо воспроизводящегося сдвига фазы одного фотона под воздействием другого при «посредничестве» ультрахолодных ридберговских атомов – в будущем это открытие позволит создать оптические логические элементы для обычных и квантовых компьютеров, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature группой ученых из США, Германии и России, в том числе из Российского квантового центра.

Физики из многих стран разрабатывают различные типы оптических вычислительных устройств, но на их пути стоит одно главное препятствие – фотоны, в отличие от электронов не взаимодействуют друг с другом. Но для вычислений необходимы логические элементы, устройства, где переносчики информации могут менять состояния друг друга.

Чтобы обойти это препятствие, требуются посредники – объекты, чье состояние может меняться под действием единичного фотона, а затем это изменение в состоянии может влиять на параметры второго фотона. Ранее физики в качестве таких посредников использовали атомы рубидия, охлажденных до температуры в несколько микрокельвин. Одиночный фотон, проходя через облако таких атомов, оставлял в нем «след», который затем можно было обнаружить с помощью пробного лазерного луча, который светил в противоположном направлении. Частота пробного луча была подобрана таким образом, чтобы она не попадала в «окно» энергетического перехода атомов рубидия. «Сигнальный» фотон несколько сдвигал это «окно», что затем «чувствовал» пробный луч: его фаза несколько сдвигалась из-за поглощения и переизлучения фотонов атомами рубидия.

Однако тогда ученым удалось добиться сдвига фазы лишь на 16 микрорадиан, что слишком мало для использования в практических целях. Теперь группа под руководством физика из Гарварда и члена Международного совета РКЦ Михаила Лукина и с участием сотрудника РКЦ Ильи Федорова смогла значительно улучшить этот результат. Используя в качестве посредников возбужденные ридберговские атомы им удалось добиться устойчивого сдвига фазы результирующих фотонов на 90 градусов.

«Измеренный нами сдвиг фазы прекрасно согласуется с предсказаниями теоретической модели. Эти наблюдения открывают дорогу к созданию надежных однофотонных переключателей и оптических логических вентилей, а также для исследования квантовых феноменов», - говорится в статье.



Lecture Courses | Курсы лекций