ضوء كوانتا الفردية في بكبسة زر واحدة

ذرة الروبيديوم تصبح خادم فوتون واحد

تقوم ذرة واحدة ، يتم تخزينها داخل مرنان في فخ الضوء ، بإصدار فوتون واحد في اتجاه محور الرنان بعد الإثارة بواسطة نبضة ليزر. بمجرد أن يتم تمييز مصدر الفوتون الفردي ، يمكن إعادة توجيه الفوتونات إلى المستخدم. © MPI للبصريات الكم
قراءة بصوت عال

عند تشغيل مصباح كهربائي ، تضيء مليارات من الفوتونات ، الجزيئات الأولية للضوء ، الفضاء. إذا كان هذا كثيرًا ، فيجب أن تضيء شمعة. ومع ذلك ، إذا كنت تبحث عن عدد قليل جدًا من الفوتونات ، أو حتى واحدة فقط بلمسة زر واحدة ، فيجب عليك التوصل إلى شيء خاص. قام الباحثون الآن بشكل فردي بتخزين ذرات الروبيديوم المحايدة وتحويلها إلى خادم فوتون واحد.

هذا مهم لتجارب معالجة المعلومات الكمومية المستقبلية ، كما قال علماء في فيزياء الطبيعة عبر الإنترنت. انهم يريدون استغلال الظواهر الميكانيكية الكم من أجل حساب أكثر كفاءة من أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية.

يمكن أن تنبعث ذرة واحدة فقط فوتون واحد في المرة الواحدة. وبالتالي ، يمكن توليد فوتونات فردية إذا أثار المرء ذرة واحدة باستخدام نبضة ليزر. إذا تم تخزين الذرة بين اثنين من المرايا العاكسة للغاية ، ما يسمى بالرنان ، فكل الفوتونات التي تنبعث منها الذرة خلال القصف المتكرر بنبضات ليزر تتجه في اتجاه محور الرنان.

ضوء كوانتا مع طاقة موحدة

بالمقارنة مع الطرق الأخرى لإنتاج الفوتون ، توفر هذه الطريقة كوانتا ضوئية من الطاقة موحدة للغاية. أيضا ، يمكن التحكم في خصائص الفوتونات. على سبيل المثال ، يمكنك جعلها غير قابلة للتمييز - وهو شرط لاستخدامها لإجراء العمليات الحسابية في أجهزة الكمبيوتر الكمومية. من ناحية أخرى ، لم يكن من الممكن حتى الآن حجز ذرة محايدة كهربائياً تنبعث منها فوتونات فردية في مرنان لفترة كافية للحصول على تيار فوتون مفيد من الناحية العملية.

في عام 2005 ، نجح فريق من العلماء برئاسة البروفيسور جيرهارد ريمبي من معهد ماكس بلانك للبصريات الكمومية في زيادة أوقات التخزين لذرة واحدة بشكل كبير بمساعدة تبريد مرنان. يظهر العلماء الآن أنه يمكنهم الجمع بين هذا التبريد ثلاثي الأبعاد مع توليد الفوتونات الفردية بحيث تنبعث ذرة واحدة ما يصل إلى 300000 فوتون. نظرًا لأن وقت إقامة الذرة في المرنان أكبر بكثير من الوقت المستغرق لتوفير الذرة عن طريق الملاءمة والتبريد ، يمكن توليد فوتونات مفردة في أي وقت تقريبًا. يسمح ذلك بإعادة توجيه الفوتونات إلى مستخدم: يعمل النظام كخادم أحادي الفوتون. عرض

توليد الكهرباء من الفوتونات الفردية

في التجربة ، يتم تبريد ذرات الروبيديوم أولاً إلى درجات حرارة منخفضة للغاية داخل غرفة مفرغة. ثم يقوم العلماء بتوجيه الذرات شديدة البرودة إلى مرنان بصري عبر "فخ الضوء" ثم تحميلها في موجة ضوء دائمة ، حيث يتم احتجاز الذرات. بالإضافة إلى ذلك ، يقصف ليزر الذرات من الجانب بواسطة نبضات ضوئية ، مما يتسبب في توهجها - تنبعث الذرات من فوتونات واحدة.

بعد وقت قصير لا يوجد سوى ذرة واحدة في الرنان ، لذلك يمكن الآن إنشاء دفق من الفوتونات الفردية. بين اثنين من الانبعاثات المتتابعة ، يتم تبريد الذرة مرارًا وتكرارًا حتى لا تطير من المرنان بسبب الحركة الحرارية. للتحقق من أن فوتونًا واحدًا ينبعث من كل نبضة ليزر ، يوجه الباحثون تيار الفوتون إلى مقسم الحزمة الذي يوجه الفوتونات في كاشفين. تم الكشف عن فوتون واحد في أحد الكاشفين. إذا تم إنشاء أكثر من فوتون ، فسيحدث مصادفة ، مما يعني أن كلا الكاشفين سوف يشيران في وقت واحد. يثبت غياب مثل هذه المصادفات في التجربة الحالية أنه بالنسبة لكل نبضة ليزر ، يتم دائمًا إصدار فوتون واحد.

من خلال العمل الذي تم نشره الآن ، اقترب باحثو ماكس بلانك من معالجة المعلومات الكمية. من خلال خادم عمل أحادي الفوتون ، يمكن معالجة التحديات مثل القيود الحتمية لأزواج الفوتون والذرة.

(idw - MPG ، 13.03.2007 - DLO)