Поляритонный фильтр позволяет преобразовать свет обычного лазера в "квантовый свет" - «Наука и технологии»

Международная группа ученых продемонстрировала новый способ преобразования света, излучаемого обычным лазером, в так называемый квантовый свет. Особенностью такого света являются идентичные квантовые свойства его фотонов, которые выдвигаются на первый план по сравнению с другими свойствами этих частиц. В этом новом методе используется пленка, толщиной всего в несколько нанометров, изготовленная из арсенида галлия, полупроводникового материала, широко используемого в солнечных батареях. Эта пленка помещена между двумя зеркальными слоями, которые все вместе создают нечто вроде плоского оптического резонатора.

Фотоны лазерного света взаимодействуют с возникающими в полупроводнике экситонами (парами электрон-электронная дырка) и формируют квазичастицы другого типа, называемые поляритонами, свойства которых наследуются от свойств света и электронно-дырочных пар. Эти поляритоны спонтанно разрушаются через несколько пикосекунд после их возникновения и в ходе этого процесса излучаются вторичные фотоны света, несущие квантовую "подпись".

Согласно имеющейся информации, пока еще квантовые подписи света, прошедшего сквозь поляритонный фильтр, достаточно слабы. Но этот способ может стать основой технологии получения единичных фотонов квантового света в строго заданные моменты времени, грубо говоря "по требованию".

"Способность получения единичных фотонов "по требованию" чрезвычайно важна для будущих технологий оптическо-квантовых вычислений и квантовых коммуникаций" - рассказывает Томас Волз (Thomas Volz), один из исследователей, - "Такие генераторы фотонов станут неотъемлемой частью квантовых компьютеров, систем невзламываемого шифрования и даже квантовых транзисторов, имеющих минимальный расход энергии".

В настоящее время источники единичных фотонов создаются из специальных метаматериалов, квантовое поведение которых "зашито" в самой структуре этих материалов. Этот метод работает достаточно хорошо до той поры, пока размеры устройства-излучателя не приближаются к условной минимальной границе, после чего это устройство начинает генерировать фотоны, имеющие недопустимо большой разброс их характеристик.

"Наш новый подход будет лишен известных недостатков после того, как мы найдем способ увеличения глубины "квантовой подписи" света, прошедшего сквозь поляритонный фильтр, обеспечив более сильное взаимодействие света с поляритонами. После этого размеры устройств можно будет сокращать до очень малых величин, и мы будем в состоянии размещать множество отдельных квантовых излучателей на кристалле оптическо-квантового чипа, не испытывая, при этом, особых трудностей" - пишут исследователи.