Свет уже давно используется для передачи информации во многих наших повседневных электронных устройствах. Поскольку свет состоит из квантовых частиц, называемых фотонами, он также будет играть важную роль в обработке информации в следующем поколении квантовых устройств. Но сначала исследователям необходимо получить контроль над отдельными фотонами. Писать в Оптика, Инженеры из Колумбии предлагают использовать временную линзу.
"Точно так же, как обычное увеличительное стекло может увеличить некоторые пространственные явления, которые вы иначе не смогли бы увидеть, временная линза позволяет вам разрешать детали во временном масштабе", - сказал Чайтали Джоши, первый автор работы и бывший аспирант лаборатории Александра Гаэты. Лазер - это сфокусированный луч многих, многих, много фотоны, колеблющиеся в пространстве с определенной частотой; временная линза команды позволяет им выделять отдельные частицы света быстрее, чем когда-либо прежде.
Экспериментальная установка состоит из двух лазерных лучей, которые "смешиваются" с сигнальным фотоном, создавая другой пакет света на другой частоте. С помощью своей временной линзы Джоши и ее коллеги смогли идентифицировать одиночные фотоны из более крупного луча с пиковторая резолюция. Это 10-12 секунды и примерно в 70 раз быстрее, чем наблюдалось с другими однофотонными детекторами, сказал Джоши, ныне постдок Калифорнийского технологического института. Такая временная линза позволяет разрешать отдельные фотоны во времени с точностью, которая не может быть достигнута с помощью современных детекторов фотонов.
В дополнение к наблюдению одиночных фотонов, команда также может манипулировать их спектрами (то есть их составными цветами), изменяя траекторию, по которой они путешествовали. Это важный шаг для построения квантовых информационных сетей. "В такой сети все узлы должны иметь возможность разговаривать друг с другом. Когда эти узлы являются фотонами, вам нужно, чтобы их спектральная и временная ширина полосы совпадали, чего мы можем достичь с помощью временной линзы", - сказал Джоши.
С помощью будущих усовершенствований лаборатория Gaeta надеется еще больше снизить временное разрешение более чем в три раза и продолжит изучение того, как они могут управлять отдельными фотонами. "С нашим объективом time пропускная способность настраивается для любого приложения, которое вы имеете в виду: вам просто нужно отрегулировать увеличение", - сказал Джоши. Потенциальные области применения включают обработку информации, распределение квантовых ключей, квантовое зондирование и многое другое.
На данный момент работа ведется с оптическими волокнами, хотя лаборатория надеется однажды встроить временные линзы в интегрированные фотонные чипы, такие как электронные чипы, и масштабировать систему до множества устройств на чипе, чтобы обеспечить одновременную обработку множества фотонов.
Комментарии