Исследователи создали идеальный источник единичных фотонов - «Наука и технологии»

Используя уникальные оптические свойства полупроводниковых квантовых точек, ученые-физики из Базельского университета (University of Basel), Швейцария, и Рурского университета в Бохуме (University of Bochum), Германия, разработали источник света принципиально нового типа, который способен излучать единичные фотоны света. Источник единичных фотонов не должен излучать двух или большего числа фотонов ни при каких условиях, что имеет огромное значение для бурно развивающихся технологий квантовых коммуникаций и квантовых вычислений. Кроме этого, крайне важное значение имеет стабильная яркость источника и идентичность излучаемых им фотонов с точки зрения их длины волны, т.е. цвета.

Создание таких стабильных источников единичных фотонов было невозможным делом даже в не очень далеком прошлом. Благодаря бурному развитию современных технологий подобные источники уже были созданы, но по некоторым параметрам они все уступают новому источнику, который с многих точек зрения уже можно считать первым в истории науки "идеальным источником", имеющим стабильные значения его основных параметров.

Высокая стабильность параметров нового источника стала следствием использования полупроводниковых квантовых точек. Квантовая точка - это область, состоящая из нескольких сотен атомов, которые демонстрируют свойства полупроводникового материала при некоторых условиях. В пределах этих точек может быть произведен захват отдельных электронов, имеющих строго определенное квантовое состояние - уровень их энергии. И когда квантовое состояние электрона разрушается вследствие явления квантовой декогеренции, квантовая точка излучает единичный фотон света со строго определенными параметрами.

Группа ученых, возглавляемая доктором Андреасом Кулманом (Dr. Andreas Kuhlmann) и профессором Ричардом Дж. Варбертоном (Prof. Richard J. Warburton), во время предыдущих исследований выяснила, что однородность излучаемых фотонов света может быть увеличена за счет уменьшения колебаний вращения ядер атомов материала квантовой точки. А сейчас им удалось реализовать технологию управления вращением атомов, которая стабилизирует это вращение до такой степени, что фотоны, излученные квантовой точкой даже через большие промежутки времени, имеют абсолютно идентичные параметры, в том числе и их цвет.

Следует заметить, что квантовая криптография, коммуникации и вычисления являются далеко не единственными областями, где могут быть использованы источники единичных фотонов. Подобные источники, за счет их малых размеров и низкого количества потребляемой энергии, могут использоваться в сверхминиатюрных электронных и медицинских устройствах, они могут стать основой оптических каналов, связывающих воедино разные узлы и схемы одного цифрового чипа, увеличивая скорость передачи информации и, следовательно, вычислительную мощность чипа в целом.