Вторник, 27 февраля, 2024
ДомойФизикаФотонная инженерия: как физики используют свет для создания сложных структур

Фотонная инженерия: как физики используют свет для создания сложных структур

- Advertisement -

Петр Штайндл, квантовый физик, специализируется на создании сложных световых структур с одиночными фотонами, изучении возможностей квантовой оптики и ее применения в технике.

Петр Штайндл создает сложные структуры света, используя одиночные фотоны. Подростком он хотел изучать чешскую поэзию, но все-таки остановился на квантовой физике. Недавно он получил степень доктора философии после защиты диссертации по квантовой оптике и системам квантовых точек. «Оглядываясь назад, я рад, что сменил сферу деятельности».

«Проще говоря, квантовая точка — это маленький островок полупроводникового материала», — поясняет Штайндл тему своей диссертации. «Поскольку его размер составляет всего несколько нанометров, он ощущает квантовые эффекты, точно так же, как атом». Исследователь помещает эту квантовую точку в оптический микрорезонатор, чтобы более эффективно манипулировать ею. «Вы можете представить эту полость как два зеркала, обращенных друг к другу. Лазерный свет отражается между ними взад и вперед. Квантовая точка не любит взаимодействовать со светом, но оптический резонатор делает это более вероятным, поскольку лазер проходит через точку много раз».

Петр Штейндл. Предоставлено: Лейденский университет.

«Я нахожу совершенно удивительным, что вообще возможно построить такие легкие конструкции». — Петр Штайндл

Использование одиночных фотонов как кирпичей в доме

Это гениальное устройство можно использовать для создания одиночных фотонов, объясняет Стейндл. «Резонансный лазер переводит электрон в квантовой точке из его основного энергетического состояния в более высокое. Когда квантовая точка возвращается в основное состояние, она излучает одиночный импульс. фотон. Микрорезонатор удобно направляет этот фотон в сторону остальной части нашей установки. Однако задача состоит в том, чтобы отделить этот фотон от лазерного света. Он имеет ту же длину волны, что и лазер, но немного другую поляризацию. Вы можете использовать это свойство, чтобы изолировать фотон. Во время работы над диссертацией я исследовал и усовершенствовал эту технику».

Получение одиночных фотонов было лишь первым шагом в исследованиях Штейндла. «Когда у вас есть высококачественные одиночные фотоны — частицы света — это немного похоже на кирпич», — иллюстрирует он свою работу. «Из кирпичей можно начать строить дом. Моей целью было объединить отдельные фотоны для создания сложных структур света. Например, мы создали цепочку из нескольких запутанных фотонов. Запутанность означает, что они настолько тесно связаны, что вы больше не можете описывать один фотон независимо от другого. Мы хотим лучше понять эти новые состояния света».

Петр Штейндл. Предоставлено: Лейденский университет.

Физика одиночных фотонов

Физика одиночных фотонов — относительно новая область. В 1970-е годы физикам впервые удалось выделить фотон. Однако эти однофотонные источники еще не были очень эффективными и надежными. Технологические разработки, такие как использование квантовых точек в оптических микрорезонаторах, упростили контроль над производством одиночных фотонов. Еще одним преимуществом микрорезонатора является то, что фотон выбрасывается с высокой скоростью, что обеспечивает лучшее сохранение своего состояния. В результате получаются высококачественные одиночные фотоны, которые хорошо подходят для структур, над которыми работает Штейндл.

Преимущества для квантовых технологий

По словам Стейндла, идея состоит в том, чтобы в конечном итоге использовать эти новые световые структуры для квантовой связи. «Мы знаем, что одиночные фотоны полезны для безопасности и аутентификации. Например, вы можете отправить два одинаковых одиночных фотона из разных мест светоделителя. Если эти фотоны прибудут в измененном состоянии или не одновременно, вы знаете, что был подслушиватель». Исследование также может оказаться полезным для создания квантовых компьютеров. Одним из фундаментальных компонентов являются квантовые ворота, но их сложно изготовить. В конструкции, над которой работает Штейндл, в этом нет необходимости.

«Я считаю, что строить эти легкие конструкции совершенно потрясающе», — с энтузиазмом говорит Стейндл. «Тот факт, что это вообще возможно, ошеломляет. Что мы можем понять физику на таком глубоком уровне. Хотя это и увлекательно, потенциал квантовых приложений мне кажется почти побочным эффектом. Переход от литературы к квантовой, возможно, был большим шагом, но он был достаточно захватывающим, чтобы потратить на него несколько лет, и я еще не устал от этого».

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме