eng
Просмотры: 884
02.12.2016
Группа швейцарских ученых провела эксперимент по преобразованию отдельного фотона в квантовую суперпозицию двух различных цветов. Описание эксперимента опубликовано в журнале APS Physics.
Монохромный свет состоит из фотонов одной частоты — его можно получить, например, при помощи лазера. Полихромный свет, например солнечный, состоит из фотонов разных частот, причем каждый фотон обычно обладает вполне определенной частотой и энергией. Однако, принцип суперпозиции квантовой физики допускает ещё одну версию полихромного света: отдельный фотон может нести две разные частоты. В этом случае нельзя точно определить ни цвет, ни частоту фотона — по сути, фотон обладает двумя цветами одновременно, и только один из них может быть получен при измерении спектрометром или непосредственном наблюдении.
Получить двухцветный фотон в лабораторных условиях оказалось не так-то просто. Сложность заключается в том, что для получения такого фотона требуется взаимодействие фотонов с различными частотами, а в большинстве сред световые лучи не взаимодействуют между собой. Ситуация меняется, если свет распространяется в нелинейной среде, где оптические свойства изменяются в зависимости от интенсивности света. Нелинейный отклик влечет за собой взаимодействие между фотонами, которое, в свою очередь, позволяет менять их частоты. Для того, чтобы этот процесс был эффективным, через оптическое волокно пропускают отдельные мощные лазерные лучи с частотой, отличающейся от частоты единичного фотона. Ученым удалось не только создать двухцветные фотоны и показать их согласованность, но и манипулировать ими.
В проведенном эксперименте использовался метод четырехволнового смешения рассеивания Брагга (Four-wave mixing Bragg Scattering). Четырехволновое смешение — это нелинейный эффект, возникающий благодаря оптической нелинейности третьего порядка, он возникает, если как минимум два различных по частоте пучка распространяются вместе в нелинейной среде, к примеру, по оптическому волокну. При этом возникает модуляция показателя преломления на разностных частотах, что приводит к появлению двух дополнительных частотных компонент. Ученые пропускали лучи с двумя разными частотами для достижения нужного нелинейного отклика сквозь оптоволоконный канал длиной 100 метров. Разность частот пропускаемых лучей определяет разность частот в целевой суперпозиции единичного фотона: посылая фотон заданной частоты через экспериментальную установку, ученые получили фотон с суперпозицией. При этом, изменяя частоту лазерных лучей, они смогли управлять частотами полученного фотона, и таким образом закодировать в фотоне один бит квантовой информации.
Важно отметить, что ученые добились именно состояния когерентной суперпозиции, а не бессвязной комбинации, в которой фотоны случайным образом приобрели одну из двух частот — факт был подтвежден спектроскопией Рамси, методом, который обычно используется для измерения когерентности в атомных часах и системах ядерного магнитного резонанса (ЯМР).
Ученые отмечают: полученные фотонные квантовые частицы могут найти применение в связках квантовых систем, работающих на разных частотах в квантовой сети, а также в спектроскопии.
Получить двухцветный фотон в лабораторных условиях оказалось не так-то просто. Сложность заключается в том, что для получения такого фотона требуется взаимодействие фотонов с различными частотами, а в большинстве сред световые лучи не взаимодействуют между собой. Ситуация меняется, если свет распространяется в нелинейной среде, где оптические свойства изменяются в зависимости от интенсивности света. Нелинейный отклик влечет за собой взаимодействие между фотонами, которое, в свою очередь, позволяет менять их частоты. Для того, чтобы этот процесс был эффективным, через оптическое волокно пропускают отдельные мощные лазерные лучи с частотой, отличающейся от частоты единичного фотона. Ученым удалось не только создать двухцветные фотоны и показать их согласованность, но и манипулировать ими.
В проведенном эксперименте использовался метод четырехволнового смешения рассеивания Брагга (Four-wave mixing Bragg Scattering). Четырехволновое смешение — это нелинейный эффект, возникающий благодаря оптической нелинейности третьего порядка, он возникает, если как минимум два различных по частоте пучка распространяются вместе в нелинейной среде, к примеру, по оптическому волокну. При этом возникает модуляция показателя преломления на разностных частотах, что приводит к появлению двух дополнительных частотных компонент. Ученые пропускали лучи с двумя разными частотами для достижения нужного нелинейного отклика сквозь оптоволоконный канал длиной 100 метров. Разность частот пропускаемых лучей определяет разность частот в целевой суперпозиции единичного фотона: посылая фотон заданной частоты через экспериментальную установку, ученые получили фотон с суперпозицией. При этом, изменяя частоту лазерных лучей, они смогли управлять частотами полученного фотона, и таким образом закодировать в фотоне один бит квантовой информации.
Важно отметить, что ученые добились именно состояния когерентной суперпозиции, а не бессвязной комбинации, в которой фотоны случайным образом приобрели одну из двух частот — факт был подтвежден спектроскопией Рамси, методом, который обычно используется для измерения когерентности в атомных часах и системах ядерного магнитного резонанса (ЯМР).
Ученые отмечают: полученные фотонные квантовые частицы могут найти применение в связках квантовых систем, работающих на разных частотах в квантовой сети, а также в спектроскопии.
Комментарии читателей
