تولید فوتون های تک از یک جریان از الکترون های تک

فوتون

0

تولید فوتون های تک از یک جریان از الکترون های تک

محققان دانشگاه کمبریج با حرکت الکترونهای تک در یک دیود مخصوص انتشار نور (LED) ، تکنیک جدیدی را برای تولید تک فوتون ها ایجاد کرده اند. این روش ، که در مجله Nature Communications گزارش شده است ، می تواند به پیشرفت زمینه های نوظهور ارتباطات کوانتومی و محاسبات کوانتومی کمک کند.

یک فوتون واحد ، ذره ابتدایی نور ، می تواند کمی از اطلاعات کوانتومی را در طول صدها کیلومتر داشته باشد. بنابراین ، منبعی که می تواند فوتون های واحدی تولید کند ، بلوک ساختمان مهمی در بسیاری از فناوری های کوانتومی است. تاکنون منابع تک فوتونی در آزمایشگاه های تحقیقاتی از نقاط کوانتومی خود مونتاژ شده در نیمه هادی ها یا نقص ساختاری الماس ها ساخته شده اند. شکل گیری این نقاط و نقص ها یک فرآیند تصادفی است ، بنابراین پیش بینی محل و انرژی فوتون (یا طول موج) این منابع تک فوتونی دشوار است. این تصادفی ممکن است یکپارچه سازی یک منبع در یک شبکه کوانتومی بزرگ را به چالش بکشد.

در این مقاله ، محققان نشان می دهند که آنها می توانند با حرکت دادن تنها یک الکترون در یک زمان ، برای حرکت مجدد با یک “سوراخ” ، یک فوتون واحد را به روشی متفاوت و کنترل شده تولید کنند ، بدون نیاز به نقطه کوانتومی یا نقص. الکترون از دست رفته در یک باند پر از الکترون).

تصور کنید که از طریق زیر می توانید یک پیام دیجیتالی را با شلیک جریانی از توپ های آبی یا قرمز بر روی دیواره ارسال کنید. یک کمربند نقاله با قلع به اندازه توپ ، یک سری توپ های سفید را به سمت شیب می کشد و در انتها توپها را از روی صخره می ریزد. هر توپ با سقوط سرعت خود را بالا می برد ، سپس به رنگ آبی یا قرمز (بسته به پیام) پاشیده می شود ، زیرا به طرف و بالای دیواره پرش می شود. “، دکتر تزو کان هسییا توضیح می دهد که این آزمایش را در دوران دکترای خود انجام داده است.

تولید فوتون های تک از یک جریان از الکترون های تک

تورفتگی در تسمه نقاله فقط می تواند یک توپ را حمل کنددر هر زمان فقط یک توپ اسپری می شود و دیگر فرصتی وجود ندارد که بعضی از توپ ها توسط استراق سمع رهگیری شود بدون اینکه شخص در انتهای دریافت متوجه توپ گمشده شود ، در حالی که اگر گاهی اوقات دو یا چند توپ به یکباره بیایند ، استراق سمع می تواند صید کند. توپ های عجیب و غریب و گیرنده هیچ کس عاقل تر نیست. به این ترتیب ، برخی از پیام ممکن است ناخواسته فاش شود. “

در این آزمایش ، ما فقط با استفاده از فرآیندهای ساخت سازگار با صنعت ، دستگاهی را در نزدیکی سطح گالیم آرسنید (GaAs) ساختیم. پروفسور کریستوفر فورد ، رهبر تیم تحقیق ، می گوید: این وسیله شامل منطقه ای از الکترون های نزدیک به ناحیه ای از سوراخ ها و یک کانال باریک بین آن است.

به منظور حمل و نقل فقط یک الکترون در یک زمان ، ما یک موج صوتی را در طول سطح پرتاب می کنیم . در GaA چنین “موج صوتی سطحی” نیز موج موج بالقوه الکتریکی را ایجاد می کند ، که در آن حداقل قدرت بالقوه فقط یک الکترون را حمل می کند. موج بالقوه مانند یک تسمه نقاله ، الکترونهای جداگانه را به ناحیه سوراخ ها یکی پس از دیگری منتقل می کند. قبل از رسیدن الکترون بعدی ، هر الکترون به سرعت با یک سوراخ دوباره یک سری از فوتونهای منفرد تولید می شود.

به هر فوتون منفرد می توان یکی از دو قطبش داده شده را برای انتقال پیام به گونه ای انجام داد که یک استراق سمع می تواند بدون شناسایی پیام را رهگیری کند.

علاوه بر این که یک منبع تک فوتونی رمان است ، مهمتر از آن ، ممکن است با این تکنیک جدید امکان تبدیل یک چرخش الکترونی به حالت قطبی شدن یک فوتون فراهم شود. با پل زدن رایانه های کوانتومی مبتنی بر نیمه هادی با استفاده از فوتون های منفرد به عنوان قطب های پرواز ، می توان هدف جاه طلبانه ساخت شبکه های محاسبات کوانتومی توزیع شده در مقیاس بزرگ را ممکن دانست.

مطالب پیشنهادی

ممکن است شما دوست داشته باشید
ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.