In een samenwerking tussen de Universiteit van Aarhus en de Universiteit van Zuid-Denemarken, onderzoekers hebben een manier ontdekt om een ​​enkel kwantum licht van een laserstraal af te trekken. Dit werk is onlangs gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven . De methode maakt de weg vrij voor toekomstige kwantumcommunicatie en -berekening met behulp van kwantummechanica voor technologische toepassingen.

Licht bestaat uit kleine ondeelbare pakketjes energie, of deeltjes, bekend als fotonen. Een bepalende eigenschap van fotonen is dat ze geen interactie hebben, gewoon door elkaar heen gaan totaal onaangetast. In de context van kwantumcommunicatie, dit is een zeer handige functie, omdat het uiteindelijk een verliesarme overdracht van optisch gecodeerde gegevens over zeer grote afstanden mogelijk maakt. Echter, veel opkomende ideeën voor de verwerking van kwantuminformatie zouden veel baat hebben bij het vermogen om twee fotonen zo te laten interageren dat de ene de voortplanting of de toestand van de andere beïnvloedt.

In recente jaren, ultrakoude atomaire gassen zijn een ideaal medium gebleken om licht te manipuleren. Bijvoorbeeld, met behulp van een techniek die bekend staat als elektromagnetisch geïnduceerde transparantie, onderzoekers kunnen de voortplantingssnelheid van licht drastisch wijzigen en licht vertragen tot verbazingwekkend lage snelheden van slechts enkele meters per seconde.

Misschien nog opmerkelijker, licht kan worden gestopt door de fotonen om te zetten in atomaire excitaties in het medium. Door dit proces om te keren en de excitaties terug op fotonen in kaart te brengen, deze procedure realiseert een fotonisch kwantumgeheugen waarin fotonen tijdelijk kunnen worden opgeslagen en op verzoek kunnen worden opgehaald.

Samen met het team van de Universiteit van Aarhus en medewerkers van het Joint Quantum Institute aan de Universiteit van Maryland, het experimentele team in Odense heeft zo'n fotonisch geheugen geïmplementeerd, maar met een speciale vorm van atomair gas waarin de samenstellende atomen sterke interacties vertonen.

Dit zorgt ervoor dat de fotonen elkaar effectief detecteren in het kwantumgeheugen, waardoor onderzoekers licht op een niet-lineair niveau kunnen manipuleren. Met behulp van dit idee, de groepen hebben een nieuwe manier bedacht en gedemonstreerd om een ​​enkel foton van een optische straal af te trekken door een andere lichtstraal te gebruiken.

Het algemene idee is om eerst een optisch veld op te slaan, en stuur dan nog een via het medium. Fotonen in de tweede bundel detecteren de opgeslagen fotonen en interageren ermee op een zodanige manier dat een enkel foton wordt gelabeld en later wordt weggegooid bij het ophalen. Beroofd van een enkel foton, de oorspronkelijke lichtstraal blijft in een eigenaardige kwantumtoestand die op zichzelf tal van wetenschappelijke en technologische toepassingen heeft.

Inderdaad, het onderliggende idee van het manipuleren van fotonen met behulp van zo'n niet-lineair kwantumgeheugen is veelbelovend voor veel toepassingen in de kwantuminformatiewetenschap. Hoewel er meer onderzoek nodig is voordat dergelijke mogelijkheden volledig praktisch worden, het gedemonstreerde prototype fotonaftrekker is een belangrijke mijlpaal in de richting van kwantumtechnologieën op basis van interactie fotonen.