[dropcap font=»times» fontsize=»42″]О[/dropcap]бычно, фотоны не хотят иметь ничего общего друг с другом. Световые волны просто проходят сквозь друг друга, как призраки. Но теперь, впервые в истории, ученые из Университета Вены удалось добиться сильного взаимодействия между двумя единичными фотонами. Это достижение, которое открывает принципиально новые возможности для ряда квантовых технологий.
В оптическом волокне — около половины толщины человеческого волоса — можно увидеть как фотоны вращаются вокруг своей оси. В этом случае свет не может уйти по волокну, поскольку диаметр уменьшается в обе стороны.
Фотоны обычно проходят прямо через другие лучи света. Действительно, свет этот модная смесь классического и квантового явления, демонстрирует свойства обеих волн и частиц. Это отличная возможность для инженеров, которые хотят использовать эти антиобщественные атрибуты, позволяя им создавать такие вещи, как волоконно-оптические кабеля, которые тянутся на многие километры. Но это имеет ограничение, если вы хотите передавать информацию по защищенным квантовым каналам, или для построения оптических шлюзов. Этот последний прорыв может изменить эту ситуацию.
Команда исследователей из Университета Вены создал сильное взаимодействие между двумя фотонами, используя ультра-тонкое стекловолокно. Взаимодействие было настолько сильным, что фаза фотонов была изменена на 180 градусов.
«Это как маятник, который на самом деле должен качаться влево, но из-за связывания со вторым маятника, он качается вправо. Там не может быть более экстремальным изменение колебаний маятника», отметил соавтор исследования Арно Rauschenbeutel в заявлении . «Мы добиваемся сильнейшего взаимодействие с наименьшей возможной интенсивностью света.»
Чтобы это произошло, фотон был направлен на довольно нетрадиционный путь. Ультратонкое стекловолокно присоединили к крошечной бутылке, как оптический резонатор так, чтобы свет мог войти в резонатор, повернуться по кругу, а затем вернуться на стекловолокно. Именно этот крюк через резонатор, переворачивает фазу фотона.
Но когда исследователи добавили один атом рубидия к резонатору, система изменилась. Из-за атома, свет практически не вступил в резонанс и фазы колебаний фотона оставались неизменными. По существу, добавление атома заставило оба фотона взаимодействовать друг с другом.
Как отметили в Университете Вены:
Они должны быть рассмотрены в качестве совместного волнообразного объекта, который находится в резонаторе и в стекловолокне, в одно и то же время. Таким образом, никто не может сказать, какой фотон был поглощен, а какой прошел. Когда оба попадают в резонатор, в одно и то же время, они испытывают совместный фазовый сдвиг на 180 градусов. Следовательно, два фотона, которые находятся в взаимодействии, показывают совсем другое поведение, чем одиночные фотоны.
Это привело к созданию «максимально запутанному состоянию фотона» — состояние, которое требуется в квантовой оптике, квантовой телепортации, и для создания световых транзисторов, которые могут быть использованы для квантовых вычислений.
Все это говорит, что система не была совершенной. Скорость шума была на уровне 50%, что очень далеко от того, что требуется в квантовом компьютере. Но это всё же замечательное достижение, которое, если оно будет усовершенствовано, может привести к созданию масштабируемых квантовых компьютеров.
