یک حفره میکروسکوپی از دو آینه بسیار بازتابنده استفاده می شود تا اتم مصنوعی محصور (معروف به نقطه کوانتومی) بتواند با یک فوتون تعامل داشته باشد. یک فوتون قبل از اینکه از بین برود تا 10 برابر توسط نقطه کوانتومی ساطع شده و دوباره جذب می شود. نقطه کوانتومی به صورت الکتریکی درون تراشه نیمه هادی کنترل می شود. اعتبار: دانشگاه بازل ، گروه فیزیک
محققان موفق شده اند با استفاده از یک حفره میکروسکوپی ، یک رابط ماده نور مکانیکی کوانتومی و کارآمد ایجاد کنند. درون این حفره ، یک فوتون منفرد تا 10 برابر توسط یک اتم مصنوعی ساطع شده و جذب می شود. فیزیکدانان دانشگاه بازل و روهر-دانشگاه بوخوم در ژورنال Nature گزارش دادند ، این چشم انداز جدیدی برای فناوری کوانتوم ایجاد می کند.
فیزیک کوانتوم فوتون ها را به عنوان ذرات نور توصیف می کند. دستیابی به فعل و انفعال بین یک فوتون و یک اتم منفرد به دلیل اندازه کوچک اتم ، یک چالش بزرگ است. با این وجود ارسال چندین بار فوتون از طریق آینه ها به میزان قابل توجهی احتمال تعامل را افزایش می دهد.
به منظور تولید فوتون ، محققان از اتمهای مصنوعی استفاده می کنند که به آنها نقاط کوانتومی معروف است. این ساختارهای نیمه رسانا از تجمع دهها هزار اتم تشکیل شده است ، اما رفتار آنها بسیار شبیه به یک اتم است: وقتی از نظر نوری برانگیخته شوند ، حالت انرژی آنها تغییر کرده و یک فوتون منتشر می کنند. دکتر دانیل ناجر ، که آزمایش را در گروه فیزیک دانشگاه بازل انجام داد ، می گوید: "با این حال ، آنها این مزیت تکنولوژیکی را دارند که می توانند در یک تراشه نیمه هادی جاسازی شوند."
سیستم نقطه کوانتومی و ریزحفرهبه طور معمول ، این ذرات نور مانند لامپ از همه جهات پرواز می کنند. با این حال ، محققان برای آزمایش خود نقطه کوانتومی را در حفره ای با دیواره های بازتاب قرار دادند. آینه های منحنی تا 10 هزار بار فوتون ساطع شده را به عقب و جلو منعکس می کنند و باعث ایجاد تعامل بین نور و ماده می شوند.
اندازه گیری ها نشان می دهد که یک فوتون واحد تا 10 برابر توسط نقطه کوانتوم ساطع شده و جذب می شود. در سطح کوانتوم ، فوتون به حالت انرژی بالاتر اتم مصنوعی تبدیل می شود ، در آن زمان یک فوتون جدید ایجاد می شود. و این خیلی سریع اتفاق می افتد ، که از نظر کاربردهای فن آوری کوانتومی بسیار مطلوب است: یک چرخه فقط 200 پیکو ثانیه طول می کشد.
تبدیل کوانتوم انرژی از یک نقطه کوانتومی به یک فوتون و دوباره از نظر تئوری به خوبی پشتیبانی می شود ، اما پروفسور Richard J. Warburton از گروه فیزیک دانشگاه بازل می گوید: "هیچ کس قبلاً این نوسانات را به وضوح مشاهده نکرده است." .
تعامل سریال نور و ماده
آزمایش موفقیت آمیز به ویژه قابل توجه است زیرا در طبیعت فعل و انفعالات فوتون-فوتونی مستقیمی وجود ندارد. با این حال ، یک تعامل کنترل شده برای استفاده در پردازش اطلاعات کوانتومی مورد نیاز است.
با تبدیل نور به ماده مطابق قوانین فیزیک کوانتوم ، فعل و انفعال بین فوتونهای جداگانه غیرمستقیم امکان پذیر می شود - یعنی از طریق انحراف درهم تنیدگی بین یک فوتون و یک چرخش الکترون منفرد در نقطه کوانتوم. اگر چندین فوتون از این دست درگیر باشد ، می توان دروازه های کوانتومی را از طریق فوتون های درهم ایجاد کرد. این یک مرحله حیاتی در تولید کیوبیت های فوتونی است ، که می تواند اطلاعات را با استفاده از حالت کوانتومی ذرات نور ذخیره کرده و آنها را در فواصل طولانی انتقال دهد.
همکاری بین المللی
این آزمایش در محدوده فرکانس نوری انجام می شود و تقاضای فنی بالایی را به اندازه حفره ، که باید با طول موج و انعکاس پذیری آینه ها سازگار باشد ، قرار می دهد ، به طوری که فوتون تا آنجا که ممکن است در حفره باقی بماند.
