Срочные новости раздела
Интерференция света от разных квантовых точек сохранилась на дистанции в 300 километров

Интерференция света от разных квантовых точек сохранилась на дистанции в 300 километров

Физики из Германии и Китая добились интерференции одиночных фотонов, испущенных независимыми квантовыми точками, расположенными на расстоянии 300 километров друг от друга по оптическому волокну. Для борьбы с различием в длинах волн они использовали конвертер с оптической накачкой, а также уменьшали искажения в поляризации и форме волнового пакета с помощью контроля температуры и системы поляризационных фильтров. В результате видность интерференционной картины составила 0,93.

Экспериментальная конфигурация квантовой интерференции между двумя независимыми твердотельными однофотонными источниками КТ, разделенными оптоволокном длиной 302 км© Xiang You et al. / Advanced Photonics, 2022

Великие физики тоже могут ошибаться. Хрестоматийным примером этого можно считать утверждение Поля Дирака, сделанного им на страницах своей книги «Принципы квантовой механики» — фундаментального труда, в котором он дал последовательное и строгое изложение этой замечательной теории. Знаменитый ученый писал, что «интерференции между двумя разными фотонами никогда не происходит».

Дальнейшее развитие физики показало, что Дирак был не прав. В 1963 году Мандел и Магьяр увидели интерференционные полосы при слиянии излучения от двух разных мазеров. Сегодня интерференция пары фотонов, испущенных независимыми источниками, играет важнейшую роль в приложениях квантовой коммуникации. Например, на тождественности разных фотонов работает технология квантовой телепортации. Такие фотоны можно создавать одинаковыми лазерами.

Для развития квантовых сетей, однако, источники фотонов, желательно одиночных, сами должны быть кубитами. С этой позиции привлекательны квантовые точки — участки кристалла, которые по своим оптическим свойствам напоминают искусственные атомы. Проблема в их использовании для двухфотонной интерференции в том, что сложно добиться идентичности двух разных квантовых точек. Из-за проблем с когерентностью видность интерференционной картины, создаваемой такими искусственными атомами, довольно быстро спадает с ростом расстояния и остается удовлетворительной лишь в пределах нескольких километров.

Улучшить эту ситуацию решили Сян Ю (Xiang You) из Китайского университета науки и технологий с коллегами из Германии и Китая. Они провели эксперименты с двумя квантовыми точками, связанными с микрорезонаторами, излучение от каждой из которых проходило большой путь в мотке с оптоволокном, достигавший 150 километров, и попадало в интерферометр Хонга — У — Мандела. В результате коррекции длины волны и учета поправок на корреляции максимальная видность интерференции оказалась близка к единице.

Физики изготавливали квантовые точки из нескольких слоев различных арсенидов с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии. Первый образец они помещали в резонатор в форме микроколонны, а второй — в форме мишени (bullseye cavity). Длины волн фотонов, которые испускали точки, составили 893,16 и 891,92 нанометра, а времена когерентности — 126±1 и 105±2 пикосекунд, соответственно.

На пути к интерференции фотонов, испущенных удаленными независимыми источниками, перед авторами стояло несколько трудностей. Помимо того, что их длины волн слегка отличались друг от друга, они также не были равны стандартным длинам волн, используемых для телекоммуникационных сетей, для которых потери фотонов в коммерческих волокнах минимизированы. При длительном же распространении в фотонах накапливалось искажение поляризации и формы за счет дисперсии.

Для разрешения первой трудности физики использовали частотные конвертеры на основе периодически полированного ниобата лития с накачкой. В результате правильного подбора длины волны накачки (2049,98 и 2043,46 нанометра, соответственно) на выходе из обоих конвертеров появлялись фотоны с длиной волны 1582,75 нанометра. Чтобы стабилизировать свойства фотонов, бегущих по длинному волокну, ученые контролировали его температуру в пределах десятой доли градуса, а также использовали систему управления поляризацией. В результате временной и поляризационный дрейфы снизились достаточно, чтобы сохранить свойства фотонов достаточными для интерференции. Наконец, влияние дисперсии авторы нивелировали тем, что использовали одинаковые участки волокна на пути фотона от каждой квантовой точки.

Ученые использовали волокна различной длины, а также меняли временное окно детектора на основе сверхпроводящей проволоки. Оказалось, что видность интерференционного сигнала не зависит от первого, но улучшается при сокращении второго, поскольку временное разрешение становится меньше времени когерентности фотонов. В результате на окне в 20 пикосекунд и расстоянии между источниками, разделенными волокном длиной 302 километра, физики добились видности, равной 0,93 ± 0,04. Для получения этого значения они вносили в экспериментальный сигнал поправки на корреляции второго порядка.

Статья опубликована в журнале Advanced Photonics   Источник: Марат Хамадеев nplus1.ru

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета и Зоологического института РАН впервые в России обнаружили четыре новых вида тихоходок — микроскопических беспозвоночных, отличающихся своими
подробнее...

При иммунном ответе на раковые клетки Т-киллеры активируются по принципиально иному механизму, чем при ответе на инфекционные агенты. К такому выводу пришли американские биологи, проанализировав
подробнее...

Американские исследователи обнаружили, что уровень натрия в крови у верхней границы нормы — показатель недостаточного потребления жидкости — связан с ранним физическим старением, развитием хронических
подробнее...

Первая в мире вакцина для медоносных пчел была одобрена для использования Министерством сельского хозяйства США. Препарат будут получать с кормом пчелиные матки и передавать устойчивость к болезни
подробнее...

Американские ученые научили Lactobacillus reuteri синтезировать блокатор калиевых каналов лимфоцитов, который способен снижать пролиферацию эффекторных T-клеток памяти и, как следствие, воспаление.
подробнее...

Сотрудники биологического факультета и НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ с коллегами детально изучили факторы, приводящие к хромосомным транслокациям – переносам участков
подробнее...

Российские химики создали молекулярные конструкции на основе органического вещества глутаримида, которые позволяют отправить на разрушение белки, необходимые для деления и роста опухолевых клеток.
подробнее...

Физики из Национальной лаборатории в Брукхейвене (Brookhaven National Laboratory, BNL) открыли совершенно новый тип квантовой запутанности, достаточно известного явления, связывающего квантовые
подробнее...

Физики из коллаборации MicroBooNE сообщили о результатах повторного анализа своих измерений в рамках полной модели нейтринных осцилляций, включающей превращения в стерильные нейтрино. Итог их работы
подробнее...

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета и Института радиотехники и электроники имени В. А. Котельникова совместно с профессором Калифорнийского университета в Беркли Леоном Чуа
подробнее...

Американские физики изготовили классический аналог кубита с нелинейностью. Он представляет собой две стальные сферы, в которых возбуждаются волны упругости. Оказалось, что механические колебания в
подробнее...

Палеонтологи описали новый род и вид длиннохвостого пахиплеврозавра по полному скелету, найденному в Китае. Хвост этого животного превышал длину его тела. Окаменелый скелет был обнаружен в 2021 году в
подробнее...

Коллектив ученых Санкт-Петербургского государственного университета и Омского научного центра Сибирского отделения РАН создал композитный материал из многослойных углеродных нанотрубок, оксида
подробнее...

Американские нейробиологи обнаружили четвертую оболочку головного мозга. Тонкая мембрана находится между средней и внутренней менингеальными оболочками, непроницаема для крупных молекул и активно
подробнее...

В 2020 году ученые из ВНИИ животноводства им. Л. К. Эрнста, Сколтеха, МГУ и их коллеги получили первого в России жизнеспособного клонированного теленка, самку назвали Цветочек (по названию клеточной
подробнее...

Российские ученые провели межвидовой анализ экспрессии генов головного мозга у рыбок данио, крыс и людей, чтобы идентифицировать новые общие молекулярные мишени для терапии аффективных расстройств
подробнее...

Бразильские генетики изучили эволюцию генов, которая сделала китообразных гигантами. Они обнаружили гены, которые отбирались из поколения в поколение, и помогли не только достичь огромных размеров, но
подробнее...

Учёные из Сколковского института науки и технологий, Института астрофизики им. Лейбница (Германия), Грацского университета Карла и Франца и Обсерватории Канцельхоэ (Австрия), Загребского университета
подробнее...