Створений джерело, здатний виробляти поодинокі фотони за допомогою потоку одиничних електронів

Mar 03 8:00 2020 Друк цієї статті

Цей новий метод відрізняється простотою, тим не менш, він здатний поставляти фотони світла зі стабільно повторюються характеристиками і параметрами, що дуже важливо з урахуванням можливості використання такого джерела фотонів в областях квантових обчислень і комунікацій.

Єдиний фотон (елементарна частинка світла) може виступати в ролі квантового біта і нести квантову інформацію на відстані, що обчислюються сотнями кілометрів. Тому джерело, здатний виробляти поодинокі фотони повністю контрольованим чином, є невід'ємним фундаментальним блоком більшості сучасних квантових технологій.

Більшість існуючих джерел одиничних фотонів були створені на базі так званих квантових точок на основі напівпровідникових матеріалів або штучних дефектів у кристалічній решітці алмазу. Виробництво таких квантових точок залежить від багатьох чинників і є, по суті, абсолютно випадковим процесом. Таким чином, стає дуже важко контролювати точне місце розташування майбутнього джерела і характеристики вироблюваних їм фотонів. І така випадкова природа цих джерел максимально ускладнює їх інтеграцію в склад великих і складних квантових систем.

Джерело фотонів, створений вченими з Кембриджа, являє собою пристрій, розміщене на підкладці з арсеніду галію. Воно складається з електронної області і області, де основними носіями електричного заряду є електронні дірки, а розділяються ці дві області вузьким проміжним каналом строго певної ширини.

Ширина розподільчого каналу спеціально обрана такою, що ніякої електрон не може самостійно перескочити через цей канал в нормальних умовах. Але коли вздовж лінії каналу запускається акустична хвиля визначеної форми, вона, ця хвиля, також викликає хвилю електричного потенціалу, в точці мінімуму якого знаходиться тільки один електрон. І ця хвиля потенціалу, подібно стрічці конвеєра, переносить електрони в області електронних дірок одного за іншим. Потрапив в цю область електрон об'єднується з діркою, а що міститься в дірі і електроні зайва енергія виділяється у вигляді фотона світла.

Крім того, що за допомогою такого джерела можна отримувати фотони світла, такі строго в необхідний момент часу, це джерело дає можливість керування поляризацією фотонів світла, яка безпосередньо залежить від значення спина електрона, перенесеного хвилею через канал. Тому новий пристрій можна буде використовувати в якості кодувальника квантової інформації у "літаючих кубітах" фотонів світла, що дозволить створити широкомасштабні квантові комунікаційні мережі та мережі розподілених квантових обчислень.