Физики управляли отдельными квантами света с помощью звука

Исследователи научились контролировать отдельные кванты света с высочайшей точностью.

Группа физиков из Германии и Испании сообщила об открытии способа высокоточного управления светом с помощью звука. Акустическая волна позволяет переключать отдельные фотоны на чипе между двумя выходами с гигагерцевыми частотами. Открытие пригодится для создания акустических квантовых систем.

Ученые создали чип, оснащенный крошечными волноводами — «проводящими дорожками» для квантов света, волноводами. Они примерно в 30 раз тоньше человеческого волоса. В качестве источника света выступал квантовые точки, встроенные в чип.

Эти квантовые точки представляют собой островки размером в несколько нанометров внутри волноводов, которые излучают свет в виде отдельных фотонов. Квантовые точки встроены в наш чип, и нам не нужно сначала генерировать отдельные фотоны с помощью другого источника и связывать их с волноводами.

Хуберт Креннер, профессор экспериментальной физики Вестфальского университета имени Вильгельма и соавтор исследования

При работе устройства сфокусированный лазерный луч использует квантовую точку для генерации одиночных фотонов в фотонном волноводе, изготовленном на монокристаллической пленке арсенида галлия (GaAs) и арсенида алюминия-галлия (Al0,2Ga0,8As). Два гребенчатых электрода генерируют нанозвуковые волны, вызывающие искажение кристаллической решетки волноводов. Левый преобразователь производит звуковую волну, которая регулирует цвет испускаемых фотонов на гигагерцовых частотах. Правый акустический преобразователь генерирует еще одну нанозвуковую волну, с помощью которой фотоны разделяются по цвету.

Схема устройства (а), генерации одиночных фотонов (b), управления одиночными фотонами (c) и измерения повернутого состояния суперпозиции путем сбора и обнаружения выходных сигналов (d). Изображение: Dominik D. Bühler et al., Nature Communications

Исследователи отмечают, что в серии экспериментов им удалось генерировать отдельные фотоны на чипе размером с ноготь большого пальца, а затем использовать звуковые волны для управления ими с недостижимой ранее точностью. Подобные механизмы уже использовали для «классического лазерного излучения», но впервые с их помощью управляли отдельными квантами света, добавляют ученые.

Художественная иллюстрация чипа. Сфокусированный лазерный луч (слева, синий) использует квантовую точку для генерации одиночных фотонов в фотонном волноводе (красный), изготовленном на монокристаллической пленке арсенида галлия (GaAs) и арсенида алюминия-галлия (Al0,2Ga0,8As). Два гребенчатых электрода генерируют нанозвуковые волны, вызывающие искажение кристаллической решетки волноводов. Левый преобразователь производит звуковую волну, которая регулирует цвет испускаемых фотонов на гигагерцовых частотах. Два волновода соединены в двух точках многомодовыми интерференционными ответвителями (MMI). Правый звуковой преобразователь генерирует еще одну нанозвуковую волну, с помощью которой фотоны разделяются по цвету. Изображение: Dominik D. Bühler, Westfälische Wilhelms-Universität Münster

Световые и звуковые волны составляют технологическую основу современной коммуникации. Оптические волокна на основе лазерного излучения обеспечивают функционирование глобальных сетей. А чипы для нанозвуковых волн используются для беспроводной передачи данных на гигагерцовых частотах между смартфонами, планшетами или ноутбуками.

Ученые считают, что результаты работы открывают путь к гибридным квантовым технологиям, поскольку они объединяют три разные системы: квантовые источники света в виде квантовых точек, генерируемые кванты света, и фононы, квантовые частицы звуковой волны. Физики продолжают работать над расширением возможностей чипа. Например, с его помощью можно будет сортировать несколько фотонов разных цветов между четырьмя или более выходами.


Читать далее:

Скоро на Землю обрушится магнитная буря

Создана навигационная система, которая точнее, чем GPS

Древний амулет переписал историю самого загадочного языка Европы

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Этот ядерный двигатель поможет быстрее долететь до Марса: как он работает
Космос
Запуск Falcon 9 завершился успехом: что было на борту миссии
Космос
Прототип Boom Supersonic XB-1 приблизился к звуковому барьеру
Новости
Ученые заглянули внутрь нейтронных звезд, используя квантовую физику
Космос
Квантовые симуляторы: объяснение от ученого
Мнения
Источник в СМИ назвал возможную причину сбоя рунета
Новости
Мошенники начали выдавать себя за начальников в рабочих чатах: как это работает
Новости
Холодные атомы этого металла могут создавать новые состояния материи
Наука
Древние артефакты в Украине раскрыли тайны навигации викингов
Наука
Послушайте, как звучат вспышки на Солнце: данные собрал Solar Orbiter  
Космос
Тяжелый беспилотник на водородных топливных ячейках впервые испытали в Китае
Новости
Ученые создали катализатор, который нарушает законы физики
Наука
Физики обнаружили необычные магнитные свойства в трехслойном графене
Наука
Биоинженеры создали ДНК-робота, который может менять форму искусственной клетки
Наука
«Горы» на нейтронных звездах могут вызывать рябь в пространстве-времени
Космос
На телах древних мумий из Перу нашли сложные узоры татуировок
Наука
У черной дыры прячется белый карлик, движущийся с половиной скорости света
Космос
Стартап из России разрабатывает нанопротез для восстановления поврежденных нервов
Наука
Генетики разгадали секреты выживания устойчивой к антибиотикам бактерии
Наука
Астрофизики разгадали тайну космических ускорителей частиц
Космос