Исследователи случайно выявили источник света, который генерирует сразу два фотона из энергии электрона. Открытие можно использовать для разработки безопасных квантовых информационных технологий и замены электронных компонентов компьютерных чипов оптическими.
Квантовая информация очень чувствительна и может исчезнуть при контакте с окружающей средой, что усложняет управление данными и коммуникацию при помощи одиночных фотонов. Источники парных квантов энергии могут решить проблему. Одна из этих частиц света потенциально может служить носителем хрупкой квантовой информации, а другая - посланником для предварительного уведомления.
Ученые из Институт Макса-Планка по исследованию твердого тела обнаружили, что при работе сканирующего туннельного микроскопа, помимо отдельных легких частиц, также образуются пары фотонов. После проведенных экспериментов они установили, что фотоны-близнецы генерируются в 10 тыс. раз чаще, чем это было предсказано теорией.
При образовании парных квантов в туннельном соединении они находятся менее чем за 50 триллионных долей секунды друг от друга. Поэтому из-за недостаточного разрешения детекторов, пока невозможно сказать действительно ли фотоны возникают одновременно или с быстрой последовательностью.
Полученные результаты открывают новые перспективы в фотонике и квантовой связи. В отличие от других способов создания парных фотонов, этот является исключительно электронным. Кроме того, процесс происходит в атомном масштабе с применением крошечных устройств, поэтому подобный источник света можно использовать в будущих поколениях компьютерных чипов, заменяя электронные компоненты оптическими. Команда инженеров из корпорации NTT уже разработала первые образцы такого оборудования.
Далее ученые будут выяснять, влияет ли измерение одного фотона непосредственно на состояние близнеца. Если это так, то они будут запутаны, что имеют решающее значение для квантовой криптографии. Результаты исследования также поднимают фундаментальные вопросы о том, как образуются такие пары.
Напомним, что недавно инженеры создали платформу, которая позволит квантовым компьютерам работать при комнатной температуре.
текст: Илья Бауэр, фото: imgur, Klaus Kuhnke/MPI für Festkörperforschung