Возможно, ученые нашли способ установить прочную связь между двумя одиночными фотонами с помощью стеклянного волокна. Новый метод может открыть совершенно новые возможности для квантовой оптики.
Обычно два фотона в свободном пространстве не взаимодействуют друг с другом. Световые волны могут проходить сквозь друг друга, не оказывая никакого влияния. Однако для многих областей применения квантовых технологий взаимодействие между фотонами имеет решающее значение.
В данном случае ученые создали систему, которая обеспечивает сильное взаимодействие всего между двумя фотонами. На самом деле это взаимодействие настолько сильное, что фаза фотонов меняется на 180 градусов. Ученым удалось добиться этого, используя ультратонкое стеклянное волокно и соединив его с крошечным световым резонатором в форме бутылки, чтобы свет частично попадал в резонатор, двигался по кругу и возвращался в стеклянное волокно.
Однако когда к резонатору присоединяется один атом рубидия, система кардинально меняется. В резонатор почти не попадает свет, и фазу колебаний фотона невозможно инвертировать. Все меняется, когда одновременно приходят два фотона.
«Атом — это поглотитель, который может насыщаться, — сказал Арно Раушенбойтель, один из исследователей, в пресс-релизе. — Фотон на короткое время поглощается атомом, а затем высвобождается в резонатор. В течение этого времени атом не может поглотить другие фотоны. Если два фотона приходят одновременно, поглотиться может только один, а второй может быть сдвинут по фазе».
С точки зрения квантовой механики, между этими двумя фотонами нет никакой разницы. Никто не может сказать, какой из фотонов поглощается, а какой проходит мимо. Когда оба фотона одновременно попадают в резонатор, оба испытывают сдвиг фазы на 180 градусов.
«Таким образом можно создать максимально запутанное состояние фотонов, — говорит Раушенбойтель. — Такие состояния необходимы во всех областях квантовой оптики — для квантовой телепортации или для световых транзисторов, которые потенциально могут быть использованы для квантовых вычислений».
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Photonics.