Sciencemag.cz
Doporučujeme
V Ústavu Maxe Plancka ve Stuttgartu při studiu povrchů pomocí STM mikroskopie náhodou objevili dosud neznámý mechanismus, který umožňuje generovat dva fotony na jeden elektron.
Autoři výzkumu se domnívají, že tento jev by se mohl s výhodou uplatnit v kvantové komunikaci – první foton by upozorňoval na přenos signálu, druhý by přenášel vlastní informaci. K tomu tisková zpráva dodává obvyklé dilema kvantové fyziky: pokud budeme sledovat, zda k nám částice nesoucí informaci nedorazila, samotnou informaci přitom změníme. Jeden foton z páru proto může fungovat jako zpráva, druhý jako předběžné upozornění nebo notifikace potvrzující, že přenos se uskutečnil.
Jako zdroj fotonových párů zafungoval obyčejný řádkovací tunelový mikroskop (STM). Při tunelování elektronů ke zkoumanému vzorku vzniká světlo; nově se však ukázalo, že výsledkem mohou být i páry identických fotonů. Podle teorie by měly vznikat s pouze zanedbatelnou pravděpodobností, jenže se ukázalo, že z neznámého důvodu je tomu jinak – objevovaly se ve velkém množství. Oba fotony z páru byly od sebe detekovány v rozmezí 50 biliontin (trilionths) sekundy, možná však vznikají i zcela současně (na toto rozhodnutí prý nynější detektory nedisponují dostatečným rozlišením). Samotný proces bude zřejmě dost komplikovaný, pořádně mu nerozumíme, uvádějí autoři výzkumu Christopher Leon, Olle Gunnarsson a Klaus Kuhnke z Max Planck Institute for Solid State Research.
Většina stávajících technik pro generování fotonových párů je založena na laserech. Nová metoda je čistě elektronická, proces probíhá v atomovém měřítku a potřebné komponenty jsou velice malé; vše by tedy šlo zřejmě integrovat do nějakých budoucích kvantových/optických čipů. Vstup by se realizovat elektronicky, výstupem by už byl optický signál. Problém prozatím je, že proces vyžaduje velmi vysoké vakuum a velmi nízké teploty.
Christopher C. Leon et al. Photon superbunching from a generic tunnel junction, Science Advances (2019). DOI: 10.1126/sciadv.aav4986
Zdroj: Phys.org
Poznámka PH: Na konci tiskové zprávy autoři výzkumu uvádějí, že dosud není jasné, zda jsou oba generované fotony provázané (entanglement), tj. zda měření jednoho z nich ovlivní i stav druhého fotonu z páru. Podle toho by se lišilo i využití, efektivní generátor provázaných fotonů by se uplatnil např. v kvantové kryptografii. Pokud by fotony vznikaly po sobě, byť i těsně, pak by provázané zřejmě být nemohly.
