Dlaczego pojedynczy foton jest tak ważny?
W fotonicznych technologiach kwantowych informacja jest przenoszona nie przez elektrony, lecz przez światło. Klasyczne komputery działają na bitach (0 i 1), natomiast komputery kwantowe wykorzystują kubity, którymi mogą być pojedyncze fotony. Aby taki system działał poprawnie, fotony muszą pojawiać się jeden po drugim, bez zbędnych „nadprogramowych” impulsów.
Taki uporządkowany strumień jest łatwiejszy do kontrolowania, prostszy do skalowania i znacznie bezpieczniejszy w komunikacji (trudniejszy do podsłuchania). Można to porównać do przechodzenia gęsiego przez wąskie przejście — chaos szybko prowadzi do zatorów i pomyłek.
Dwa problemy, jeden pomysł
Naukowcy skupili się na dwóch głównych przeszkodach:
Rozpraszanie laserowe - gdy laser pobudza atom do emisji fotonu, czasem pojawiają się dodatkowe, niechciane fotony. To jak zakłócenia w obwodzie elektrycznym.
Emisja wielofotonowa - w rzadkich przypadkach atom „wyrzuca” więcej niż jeden foton naraz, co psuje precyzję całego układu.
Kluczowe odkrycie poczynił doktorant Matthew Nelson, który zauważył, że niepożądane fotony mają niemal identyczne właściwości (barwę i kształt fali) jak światło samego lasera.
Zakłócenie, które pomaga
To doprowadziło do zaskakującego wniosku: skoro oba sygnały są tak podobne, można je precyzyjnie dostroić tak, aby się wzajemnie znosiły.
„Pokazaliśmy, że rozproszone światło lasera, zwykle uznawane za uciążliwe, można wykorzystać do eliminacji niepożądanej emisji wielofotonowej” — wyjaśnia Ravitej Uppu, współautor badania. „Dzięki temu możemy uzyskać wyjątkowo czysty strumień pojedynczych fotonów”.
Na razie jest to model teoretyczny, ale zespół planuje kolejne eksperymenty, które sprawdzą, czy pomysł da się skutecznie wdrożyć w praktyce. Jeśli tak się stanie, może to znacząco przyspieszyć rozwój fotonicznych komputerów kwantowych oraz ultraszyfrowanej komunikacji.
Źródło: Uniwersytet Iowa
