Взаимодействие обычно требует яркого света«Чтобы свет взаимодействовал со светом, люди использовали так называемые нелинейные среды», — говорит профессор Арно Раушенбойтель (Институт атомной и субатомной физики, Венский университет). Свет влияет на свойства этих материалов, а материал, в свою очередь, влияет на свет, что приводит к косвенной связи между фотонами. Однако этот метод можно использовать только при сильной интенсивности света, когда задействовано бесчисленное количество фотонов.В TU Wien была построена система, которая создает сильное взаимодействие только между двумя фотонами.
Это взаимодействие настолько сильное, что фаза фотонов изменяется на 180 градусов. «Это похоже на маятник, который на самом деле должен качаться влево, но из-за соединения со вторым маятником он качается вправо. Не может быть более резкого изменения колебаний маятника», — говорит Раушенбойтель. «Мы достигаем максимально сильного взаимодействия с минимально возможной интенсивностью света».Фотон в бутылке
Чтобы это стало возможным, фотон нужно отправить в маловероятное путешествие. Ультратонкое стекловолокно соединено с крошечным световым резонатором в форме бутылки, так что свет может частично попадать в резонатор, двигаться по кругу и возвращаться в стекловолокно. Этот обход через резонатор приводит к инвертированию фазы фотона: гребень волны появляется там, где можно было бы ожидать впадину волны.
Однако когда к резонатору присоединяется одиночный атом рубидия, система резко меняется. Из-за присутствия атома свет почти не попадает в резонатор, и фаза колебаний фотона не может быть инвертирована.Два фотона одновременно
Все меняется, когда два фотона прибывают одновременно. «Атом — это поглотитель, который можно насыщать», — говорит Арно Раушенбойтель. «Фотон на короткое время поглощается атомом, а затем попадает в резонатор. В течение этого времени он не может поглотить другие фотоны. Если два фотона прибывают одновременно, только один может быть поглощен, а другой все еще может быть сдвинут по фазе. . "С точки зрения квантовой механики, между двумя фотонами нет разницы.
Их можно понимать только как объединенный волнообразный объект, который находится в резонаторе и в стекловолокне одновременно. Фотоны неразличимы. Никто не может сказать, какая из них поглощается, а какая прошла. Когда оба попадают в резонатор одновременно, оба они вместе испытывают фазовый сдвиг на 180 градусов.
Два взаимодействующих фотона, прибывающих одновременно, показывают совершенно иное поведение, чем одиночные фотоны.Строительные блоки будущих магистралей квантовых данных?
«Таким образом можно создать максимально запутанное состояние фотонов», — говорит Арно Раушенбойтель. «Такие состояния необходимы во всех областях квантовой оптики — в квантовой телепортации или для световых транзисторов, которые потенциально могут быть использованы для квантовых вычислений».Большим преимуществом новой системы является то, что она основана на технологии стекловолокна, которая уже используется для онлайн-общения.
Нано-стекловолокно и бутылочные резонаторы полностью совместимы с существующими технологиями. Целенаправленное создание сильного фотон-фотонного взаимодействия является важным шагом на пути к всемирной квантовой информационной сети для защищенной от прикосновения передачи данных.