В работе, представленной на этой неделе в журнале Nature, физики из MiT и Гарварда продемонстрировали возможность преобразования лазерного луча в поток отдельных фотонов — этапное достижение, способное привести к созданию новых квантовых устройств.

Предложенное решение базируется на явлении электромагнитно-индуцированной прозрачности (EIT), использовавшемся прежде для замедления движения и даже полной остановки фотонов. Этот эффект достигается пропусканием фокусированного лазерного света сквозь плотное облако атомов рубидия, охлажденных до 40 микроградусов по шкале Кельвина, что всего на 40 миллионных долей градуса выше абсолютного нуля температур. Такое облако обычно непрозрачно для света, но интенсивный лазерный луч производит эффект EIT — позволяет фотонам распространяться с небольшой скоростью переводя атомы в возбужденное состояние.

Сильное взаимодействие между близлежащими атомами рубидия — состояние Ридберга — не дает второму фотону возбуждать атомы, если первый все еще находится в облаке. Авторы открытия сравнивают свою систему с песочными часами, пропускающими через сужение только отдельные песчинки. Сфокусированный в одну точку луч лазера преобразуется на выходе в последовательную цепочку индивидуальных фотонов.

Эта техника может использоваться, чтобы переключать состояние атомов при помощи фотонов, а затем считывать эти измененные состояния вторым лазерным лучом. Таким образом, впервые предоставляется возможность регистрировать индивидуальные оптические фотоны не уничтожая их. Помимо однофотонных переключателей, технология может найти применение в квантовых логических затворах, что позволит реализовать высокоэффективные и защищенные от взлома полностью оптические системы квантовой обработки и передачи информации.

Источник