Разработан новый источник единичных фотонов, обладающий рекордными показателями
Ученые-физики из университета Базеля, Швейцария, и Рурского университета в Бохуме, Германия, разработали источник единичных фотонов нового типа, который способен вырабатывать в одну секунду миллиарды этих квантовых частиц. Обладающий рекордным на сегодняшний день показателем эффективности, этот источник становится новым и мощным «стандартным блоком» для целого ряда квантовых технологий, включая технологии квантовых вычислений и коммуникаций.
Новый однофотонный источник основан на возбуждении квантовой точки (показанной в виде выпуклости слева внизу), которая затем испускает фотоны. Микрополость гарантирует, что фотоны направляются в оптическое волокно и выходят на его конец.
© University of Basel, Department of Physics
Ключевым компонентом нового источника является квантовая точка, созданная на базе «искусственного атома» в полупроводниковом материале. Такие квантовые точки уже давно используются в качестве источников фотонов, но все вырабатываемые ими фотоны обычно разлетаются от места их возникновения в случайных направлениях, что приводит к потере большинства из них и к снижению эффективности источника в целом.
В данном случае исследователям удалось решить описанную чуть выше проблему, квантовая точка была размещена в специальном «раструбе», благодаря чему практически все вырабатываемые ею фотоны улавливаются и отправляются в одном заданном направлении. В качестве этого «раструба» выступает полость микрорезонатора, а фотоны, длина которых составляет около двух сантиметров, выходят из оптоволокна, второй конец которого размещен в непосредственной близости от резонатора.
Эффективность такой системы, которая вычисляется, как соотношение энергии готовых к дальнейшему использованию фотонов к суммарной затраченной энергии, составляет 57 процентов. Это более чем в два раза выше, чем эффективность любого подобного источника, созданного ранее. При этом, эффективность и мощность квантовых вычислительных систем на базе таких источников будет превышать эффективность систем на основе других источников уже на порядки, так как эта зависимость имеет весьма и весьма нелинейный характер.
«В течение двух последних лет мы уже имели теоретические доказательства того, что такое возможно в принципе. И теперь нам, наконец, удалось реализовать все наши идеи на практике» — пишут исследователи, — «В ближайшем будущем мы постараемся еще улучшить показатели источника единичных фотонов, одновременно упростив его конструкцию. Параллельно с этим мы будем исследовать возможности его применения в квантовой криптографии, вычислениях и других областях».
Статья опубликована в журнале Nature Nanotechnology