Физики впервые управляли «квантовым светом» отдельного атома
Наука 22 марта 2023

Физики впервые управляли «квантовым светом» отдельного атома

Далее

Исследователи наблюдали отдельные фотоны вынужденного излучения от одного искусственного атома (квантовой точки). Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.

Физики из Сиднейского и Базельского университетов впервые продемонстрировали способность манипулировать и идентифицировать небольшое количество взаимодействующих фотонов — пакетов световой энергии — с высокой точностью. Технология поможет в развитии квантовых вычислений и медицинской визуализации.

Вынужденное излучение — генерация нового фотона при переходе квантовой системы из одного состояния в другое — было описано Альбертом Эйнштейном и используется для работы лазеров. Традиционно оно наблюдается для множества фотонов. В новом исследовании физики наблюдали вынужденное излучение одиночных фотонов. Они измерили прямую временную задержку между одиночным фотоном и парой связанных фотонов, рассеянных на одиночной квантовой точке.

Устройство, которое мы построили, индуцировало такие сильные взаимодействия между фотонами, что мы смогли наблюдать разницу между одним фотоном, взаимодействующим с ним, по сравнению с двумя.

Мы заметили, что один фотон задерживается на большее время по сравнению с двумя фотонами. При этом действительно сильном фотон-фотонном взаимодействии два фотона запутываются в форме того, что называется двухфотонным связанным состоянием.

Наташа Томм, соавтор исследования из Базельского университета
Экспериментальное (слева) и теоретическое (справа) наблюдение однофотонной и двухфотонной дисперсии задержки связанного состояния. Изображение: Natasha Tomm et al., Nature Physics

«Квантовый свет», который наблюдали ученые, позволяет проводить более точные измерения с лучшим разрешением, используя меньшее количество фотонов, отмечают ученые. Это может быть важно для применений в биологической микроскопии, когда большая интенсивность света может повредить образцы и когда наблюдаемые объекты и явления особенно малы.

Свет часто используется для измерения небольших расстояний с помощью инструментов, называемых интерферометрами. Законы квантовой механики устанавливают пределы чувствительности таких устройств. Этот предел связан с тем, насколько чувствительным может быть измерение и средним числом фотонов в измерительном устройстве. «Квантовый свет» в этих аспектах превосходит лазерный пучок.


Читать далее:

Физики нашли способ преодолеть ограничение на размер полупроводников

Найден клад, который спрятали во время войны почти 1 000 лет назад

Раскрыт секрет долголетия: ученые поняли, как запустить нужный механизм в теле человека