Квантовые схемы будущих поколений, в которых вместо электронов применяются фотоны, невозможны без надежных методов генерирования управляемого потока одиночных фотонов. Знаменательного успеха в этом направлении добились исследователи из института Нильса Бора при Копенгагенском университете (Дания). Они создали однофотонную «пушку», интегрированную в фотонный кристалл.
На квантовом уровне фотоны и электроны ведут себя по-разному. Первые относятся к фермионам и легко перемещаются индивидуально, вторые — бозоны — склонны к коллективному поведению. Для квантовых коммуникаций, при которых информация записывается в индивидуальных фотонах, требуется передавать их поодиночке.
Для того, чтобы заставить фермионную систему испускать фотоны, команде профессора Петера Лодаля, возглавляющего группу Квантовой фотоники в институте Нильса Бора, пришлось создать «очень сильное взаимодействие между светом и материей».
Оптический чип состоит из фотонного кристалла, шириной всего 10 мкм и длиной — 160 нм. Источником света служит внедренная в центр кристалла квантовая точка.
Возбуждаемые лазером электроны в квантовой точке переходят с одного атомного уровня на другой и излучают одиночные фотоны. «Обычно, свет рассеивается во всех направлениях, но мы сконструировали фотонный чип так, чтобы все фотоны посылались через один канал».
Предложенная исследователями конструкция функционирует весьма эффективно. Она позволяет управлять фотонами, посылая их в требуемом направлении с вероятностью успеха 98,4%.
Такая пушка, «стреляющая» одиночными фотонами, по мнению изобретателей, открывает захватывающие перспективы как в фундаментальных экспериментах, так и в новых технологиях.
В настоящее время ведутся работы по созданию прототипа подобного источника фотонов, предназначенного для шифрования или для сложных квантовомеханических расчетов.
