طريقة التفاعل الفعال بين الفوتونات

طريقة التفاعل الفعال بين الفوتونات
طريقة التفاعل الفعال بين الفوتونات - فوتونان يسافران على طول الدليل الموجي ويتلامسان فقط مع باعث كمي. الارتباطات الناتجة عن تفاعل الفوتون والفوتون. بقلم لو جينيك وآخرون.

يحمل تطوير تقنيات الكم الجديدة وعدًا كبيرًا للفوتونات ، الجسيمات التي تشكل كمية من الضوء. على وجه الخصوص ، يبحث العلماء في إمكانية تطوير كيوبتات ضوئية ، وهي وحدات معلومات كمية يمكن نقلها عبر مسافات كبيرة باستخدام الفوتونات.

على الرغم من هذه النتائج المشجعة ، لا يزال هناك عدد من التحديات التي يجب التغلب عليها قبل استخدام الكيوبتات الضوئية بنجاح على نطاق واسع. على سبيل المثال ، من المعروف أن الفوتونات لا يمكنها التفاعل مع بعضها البعض وتعاني من فقدان الانتشار (أي فقدان الطاقة أو الإشعاع أو الرسالة عند الانتقال من نقطة إلى أخرى).

أحد هذه التحديات ، وهو غياب تفاعلات الفوتون والفوتون ، تمت معالجته مؤخرًا من قبل باحثين من جامعة كوبنهاغن في الدنمارك ، ومعهد Fsica الأساسي IFF-CSIC في إسبانيا وجامعة Ruhr-Universität Bochum في ألمانيا. قد يساعد نهجهم ، الموصوف في ورقة بحثية نُشرت في مجلة Nature Physics ، في إنشاء أجهزة كمية أكثر تعقيدًا.

وفقًا للمؤلف المشارك في الدراسة Peter Lodahl ، "لقد عملنا على الواجهة الحتمية لبواعث الكم المفردة (النقاط الكمومية) مع فوتونات مفردة لأكثر من 15 عامًا وقمنا بإنشاء نهج قوي للغاية يعتمد على أدلة الموجات النانوية."

الباحثون في معهد فسيكا التابع لجامعة كوبنهاغن في الدنمارك ، ومع ذلك ، فإن تحفيز العمليات غير الخطية على الفوتونات هو تطبيق قابل للتطبيق آخر. يقول المؤلف: "لقد قمنا عمومًا بتطبيق هذه الأجهزة لمصادر حتمية أحادية الفوتون ومصادر تشابك متعددة الفوتونات".

تم إجراء أول عرض لإثبات المفهوم للعمليات غير الخطية باستخدام الفوتونات الفردية في عام 2015 بواسطة Lodahl et al. ومع ذلك ، عندما تعمقوا في هذه الظاهرة ، وجدوا صعوبة في فهم الفيزياء الأساسية الكامنة وراء هذا التفاعل المعقد ، أحادي الفوتون ، غير الخطي.

اكتشف لودال وزملاؤه في بحثهم السابق أن الفيزياء الكامنة وراء التفاعل غير الخطي للنبضات الضوئية غنية جدًا ، مما يوفر بعض الإمكانات الجديدة لإنشاء بوابات كمومية ضوئية ومسلسلات الفوتونات.

لقد أجرينا أول تحقيق تجريبي للنبضات الكمومية غير الخطية المقترنة بباعث كمي مقترن بشكل حتمي يخضع للتفاعل غير الخطي.

في تجربتهم الجديدة ، استفاد الباحثون من الاقتران الفعال والمتماسك لباعث كمي واحد مع دليل موجي نانوفوتوني لتمكين التفاعلات الكمومية غير الخطية بين حزم الموجة أحادية الفوتون. لقد حققوا ذلك باستخدام نقطة كمومية واحدة مدمجة في دليل موجي بلوري ضوئي. النقطة الكمومية هي جسيم صغير (نانومتر في الحجم) يعمل مثل ذرة ثنائية المستوى.

وفقًا لودال ، نظرًا لأن الاتصال في هذه الأنظمة حتمي ، فحتى فوتون واحد يدخل إلى الدليل الموجي يتفاعل مع النقطة الكمومية. نظرًا لأن فوتونًا واحدًا فقط يمكنه التفاعل مع نقطة كمومية في كل مرة ، فإن إرسال نبضات تحتوي على فوتونين أو أكثر يسبب ارتباطات كمومية. يمكننا ضبط هذه الارتباطات والتفاعل بين الفوتونات من خلال تعديل مدة النبض الكمومي ".

باستخدام بواعث الكم والتقنيات التجريبية ، تمكن لودال وزملاؤه من التحكم بشكل فعال في فوتون عبر فوتون ثان. بمعنى آخر ، تم تنفيذ تفاعل الفوتون والفوتون اللاخطي بشكل فعال.

وفقًا لودال ، "لقد طورنا آلية تسمح للفوتونات بالتفاعل بكفاءة مع بعضها البعض من خلال الاقتران بالنقاط الكمومية." نعتقد أن هذا يمكن أن يفتح إمكانيات جديدة ، على سبيل المثال ، لإنشاء أجهزة حتمية لفرز الفوتون ، وهو أمر حاسم في مكررات الكم ، أو بوابات الفوتون الكمومية ، وهي بوابة صعبة في الحوسبة الكمومية الضوئية.

يمكن أن يكون للنهج المبتكر الذي طرحته هذه المجموعة من الخبراء آثار مهمة على كل من دراسات فيزياء الكم وتقدم تقنيات الكم. على سبيل المثال ، يمكن أن يفتح نهجهم فرصًا جديدة لإنشاء أجهزة بصرية كمومية ، بينما يسمح أيضًا للعلماء بتجربة حالات الكم الضوئية الصعبة والمعقدة.

قالت هانا لو جينيك ، باحثة أخرى تعمل في المشروع ، لموقع Phys.org: "لدينا عدد من المبادرات التي توسع العمل الحالي". "نحن مهتمون بمعرفة المزيد حول كيفية تأثير المرور عبر نقطة كمومية واحدة على الحالات الكمومية للضوء على مستوى أساسي. ومع ذلك ، فإننا نتصور بالفعل استخدامات لهذا التفاعل الكمي ".

في الوقت الحالي ، يحاول كل من لودال ولوجينيك وزملاؤه تصميم ديناميكيات اهتزازية للجزيئات باستخدام تفاعل الفوتون والفوتون اللاخطي الذي لاحظوه في عملهم الأخير. يمكن تحقيق ذلك عن طريق إسقاط انبعاث الفوتون على الديناميات الاهتزازية للجزيئات المعقدة عبر دوائر فوتونية معقدة.

المصدر: phys.org

Günceleme: 16/10/2022 20:26

إعلانات مماثلة

كن أول من يعلق

Yorumunuz