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
Живые башни из червей: посмотрите на «суперорганизм», который нашли в саду
Наука
Имплантат сетчатки из нанопроводов восстановил зрение у мышей
Наука
На российских сайтах хотят запретить авторизацию через почту Google
Новости
ИИ против айтишников: как новые инструменты меняют ИТ-бизнес
Мнения
Оказалось, Apple Watch «обманывают» в подсчете калорий
Новости
Китай впервые проверил квантовую связь QSDC на борту многоразовой ракеты
Наука
В Москве пройдет форум MOSТИМ 2025 — обсудят цифровизацию в строительстве и выберут лучших в BIM
Новости
Россиянам могут заблокировать входящие звонки из-за рубежа
Новости
Страдающее «лицо» появилось на Солнце: ученые фиксируют поток частиц в сторону Земли
Космос
Маск и Трамп начали войну в соцсетях: что произошло и какие будут последствия
Кейсы
В Нижнем Новгороде создали «умный» материал для 3D-печати человеческих тканей
Наука
ИИ против супербактерий: в ИТМО создали платформу для поиска новых лекарств
Новости
Парк промышленных роботов в России вырос на 62% за один год
Новости
Геофизики объяснили загадочное ускорение сейсмических волн в недрах Земли
Наука
Семь российских вузов разделят 4,7 млрд рублей на исследования в области ИИ
Иннополис
Найден способ изучать квантовые состояния, которые десятилетиями не получалось поймать
Наука
Каталог кейсов применения квантовых технологий представили в России
Новости
Ozempic и мужское здоровье: как препарат влияет на либидо и восприятие размера пениса
Наука
Землю 2.0 нашли рядом со звездой, похожей на Солнце
Космос
Рыбу «Судного дня» случайно нашли в на пляже: почему ее опасаются
Наука