Üksiku footoni genereerimise tehnoloogia

Ameerika NIST Instituudi (National Institute of Standards and Technology), California San Diego Ülikooli ja Milano Polütehnikumi teadlased valmistasid esimese ränipõhise üksiku määratud (heralded) footoni genereerimise seadme. Saavutus ühildab kaks hiljuti arendatud ränitehnoloogiat, põimunud footonite interferomeetri ja üksiku footoni detektori. Nimetatud seadmed on olulised tulevikus võimaliku kvantoptilise arvutussüsteemi või kvantkrüptograafia seisukohalt.

Footonpaari genereerimise illustratsioon. Sisendlaser genereerib spontaanselt footonpaari, millest üks on natukene madalama sagedusega kui teine. Sageduste erinevus on signaaliks, et süsteemis on kaks footonit.

Kõrgtehnoloogilise elektroonika ja optika uusimate teaduslike arengute ning praktiliste rakenduste vahel seisab sageli uue kohandamine vanade tootmismeetoditega. NIST teadlse Karin Srinivasani sõnul on uue 0,5*0.05 mm suuruse footongeneraatori tootmine lihtne kahel põhjusel. Esiteks genereerib see footoneid, mis ühilduvad telekommunikatsiooniseadmetes kasutusel oleva ligikaudu 1550 nm (10^-9 m) lainepikkusega valgusega. Teiseks on tegemist ränipõhise tehnoloogiaga, mis on tööstuslik standard ning hõlpsasti suurtele tootmisliinidele skaleeritav.

Määratud footon on üks kahest footonipaari osakesest, mille kohaloleku (olemasolu) määrab partnerfootoni tuvastamine (määrav footon). Footonid tuvastati vastavastatud ränipõhisest footonpaar-generaator tehnoloogia abil.

Footonpaari genereerimiseks pumpab laser footoneid materjalisse, mille aktiivsete optiliste omaduste tõttu tekib paar sagedusnihkega footoneid. Uued footonid ilmuvad aga täpselt ühel ajal, mistõttu on tekkehetke võimatu ennustada.

„Footonpaari ühe osakese tuvastamine annab meile teadmise partnerosakese otsimiseks. Footonpaaridele on mitmeid rakendusi, ent määratud footoneid läheb vaja näiteks tulevikus kvantarvuti mäludes informatsiooni talletamiseks,“ kommenteeris Srinivasan. Ta lisas, et töörühma valmistatud footongeneraatori efektiivsus ja töökindlus on katseliselt tõestatud.

„Tegemist on olulise, ent seni ebapraktilise arenguga, sest üksik footonallikas pole muude puuduste kõrval piisavalt ere, et seda mõnele funktsionaalsele kiibile paigutada,“ kommenteeris teadustööd San Diego Ülikooli teadlane professor Shayan Mookherjea. Ent mitmete allikate kombineerimine võib olla lahendus.

Allikas: Phys.org