Адна з важных задач квантавай фатонікі - пабудова інтэрфейсу паміж святлом і атамамі. Узаемадзеянне квантавых аб'ектаў з адзінкавымі фатонамі вывучае сумесная група адмыслоўцаў Фиана і Гарвардскага ўніверсітэта. Створаны прататып прыбора - інтэграваны чып на адным штучным атаме, мелы валаконны вынахад. Гэтая прылада можа перадаваць квантавую інфармацыю з атама на фатон. Найпросты варыянт будучыні прыбора - вочка памяці, больш складаны - однофотонный транзістар, які працуе на ўзроўні адзінкавых квантаў. З такіх транзістараў можна будзе будаваць больш складаныя элементы логікі.
Сумесная даследчая група адмыслоўцаў Фізічнага інстытута ім. П.Н. Лебедева РАН і Гарвардскага ўніверсітэта (ЗША) вывучае ўзаемадзеянне адзінкавых квантавых аб'ектаў з фатонам.
Задача групы - пабудова інтэрфейсу паміж святлом і атамамі або штучнымі атамамі. Інтэрфейс - гэта спосаб эфектыўна, гэта значыць без страт, перадаваць інфармацыю з аднаго аб'екта на іншы. Пабудаваць такі інтэрфейс - значыць навучыцца ствараць у сістэме некаторы зададзены стан (суперпазіцыю), счытваць яго неразбуральнай выявай і перадаваць на іншы аб'ект. Гэты зададзены стан - суперпазіцыя двух або больш энергетычных станаў атама, якія можна з вызначанай верагоднасцю зарэгістраваць, - і ўяўляе сабой квантавую інфармацыю. Яна перадаецца святла (носьбітам яе з'яўляецца асобны фатон), які ў сваю чаргу надзейна дэтэктуецца, гэта значыць інфармацыя счытваецца. Іншымі словамі, гаворка ідзе аб канале перадачы квантавай інфармацыі ад вочка памяці да іншага вочка альбо да вывадной прылады.
Сістэму, якая працуе з квантавай інфармацыяй, "зручна" будаваць на атамах. Бо атам можа служыць універсальным вочкам памяці для суперпозиционного станы - ён слаба ўзаемадзейнічае з вонкавым мірам і нейкае час гэтую інфармацыю захоўвае.
Групай ужо створаны інтэрфейс з штучнымі атамамі - квантавымі кропкамі і цэнтрамі афарбоўкі ў дыяменце (структурамі ў крышталічнай матрыцы дыямента, дзе атам вуглярода замешчаны атамам азоту). Яны маюць будынак энергетычных узроўняў падобнае атамнаму, і ў іх можна ствараць суперпозиционное стан. Штучныя атамы, асабліва цэнтры афарбоўкі ў дыяменце, валодаюць памяццю з доўгім часам захоўвання. Час жыцця спіна ядра ў іх - парадку секунды. Гэта, вядома, не цвёрдая кружэлка, але для аператыўнай памяці досыць шмат, бо аперацыі могуць быць здзейсненыя за мікрасекунды.
Створаная прылада ўяўляе сабой крамянёвы чып з размешчанымі на ім аб'ектамі. Роля штучнага атама выконвае ўтрымоўвальны цэнтр афарбоўкі крышталь дыямента памерам 50 на 50 нм, размешчаны на срэбнай правалоцы дыяметрам 100 нм, скамбінаванай з які праводзіць святло дыэлектрычным хваляводам. Эксперымент адбываецца пры пакаёвай тэмпературы. Для назірання выкарыстоўваецца адмыслова пабудаваны канфакальны мікраскоп. Адзін канал мікраскопа служыць для атрымання малюнка вобласці ўзору - з яго дапамогай знаходзіцца патрэбны аб'ект і цікавая кропка на ім. Затым у гэтую кропку факусуецца лазернае выпраменьванне, пад дзеяннем якога цэнтр афарбоўкі выдае адзінкавыя фатоны, якія рэгіструюцца ў эксперыменце. Іншы канал скануе навакольную прастору і збірае інфармацыю з кожнай святлівай кропкі, будзь то канец дрота або хвалявода. Узбуджальны прамень можна перамяшчаць па ўзоры і збіраць выпраменьванне з розных цэнтраў.
"Задачу стварэння такога інтэрфейсу паміж святлом і квантавым аб'ектам наша група выканала. Нам атрымоўваецца досыць стабільна і паўтарана атрымліваць якія працуюць узоры. Цэнтры афарбоўкі дыямента выпраменьваюць у дрот. Правалока выдатная тым, што гэта аднамерны аб'ект, а значыць, фатон у ёй распаўсюджваецца накіравана і яго можна перавесці ў хвалявод. Хвалявод жа можна злучыць з звычайным валакном. Мы ўмеем рэгістраваць адзінкавыя фатоны і лічыць карэляцыйныя функцыі. Атрымаўся рэальны прыбор на адным штучным атаме - інтэграваны чып з валаконным вынахадам. Пакуль мы ловім не 100% выпраменьваных фатонаў, а толькі 60%, але і ніхто пакуль не можа збіраць больш. Абмежаванне гэта не фундаментальнае, а тэхналагічнае, і ў прынцыпе ясныя шляхі, як яго пераадолець. Хоць тэхналагічна гэта даволі складана", - распавядае старэйшы навуковы супрацоўнік лабараторыі оптыкі актыўных асяроддзяў ФИАН, кандыдат фізіка-матэматычных навук Аляксей Акімаў.
Гэтыя працы вядуць да стварэння цэлага шэрагу прыбораў, звязаных з перадачай квантавай інфармацыі. У найпростым выпадку гэта вочка памяці, а ў больш складаным - рэгістр на некалькіх атамах. Можа быць пабудаваны і однофотонный транзістар, мелы, адпаведна, як мінімум тры канала. Ён будзе здольны перамыкаць сігнальныя фатоны па камандзе кіраўніка - адным фатонам перамыкаць шмат фатонаў. З такіх транзістараў можна будаваць больш складаныя элементы однофотонной логікі. А гэта - новыя тэхналогіі для ліній сувязі і для патэнцыйных распрацовак квантавых кампутараў.
рэкамендуем прачытаць таксама
- None Found