Ученые из Сколтеха и МФТИ совместно с британскими коллегами впервые представили теоретическое описание эффекта квантового волнового смешения, в котором присутствуют как классические, так и неклассические состояния микроволнового излучения. Этот эффект, который до сих пор не имел строгого математического описания, может быть использован при исследовании взаимодействий между светом и материей в квантовых вычислениях и фундаментальной физике. Статья опубликована в журнале Physical Review A.
«Мы аналитически описали весьма необычное явление — смешение классических световых волн с неклассическими, в частности со сжатым светом и “полуфотонным” импульсом. Данная работа продолжает и развивает более ранние исследования нашего коллектива по разработке однофотонного микроволнового источника и генерации квантовой суперпозиции одного и нуля фотонов, то есть созданию того самого полуфотонного состояния», — рассказывает соавтор исследования Олег Астафьев.
Целью работы стало теоретическое обоснование проведенных ранее и вновь предлагаемых экспериментов с искусственными атомами, микроскопическими устройствами, обладающими квантовыми свойствами. Эти свойства в сочетании с удобством использования искусственных атомов в экспериментах делают их удобными для решения множества задач. Они могут выполнять функцию кубитов — элементов квантового компьютера. Кроме того, ученые используют искусственные атомы для исследования фундаментальных законов природы, например для изучения взаимодействия света и материи.
Ранее ученые представили однофотонный микроволновый источник, который генерирует импульсы электромагнитного излучения, содержащие всего одну частицу света. Устройство работает в микроволновом диапазоне — с фотонами с большей длиной волны и меньшей энергией, чем у видимого света. Теперь авторы провели теоретическое исследование, в котором изучали эффект волнового смешения. Ранее этот эффект ученые исследовали для классического светового излучения, теперь они заменили один из двух использующихся в эксперименте импульсов на неклассический световой, например «полуфотонный», импульс. Это состояние света представляет собой суперпозицию одного — нуля фотонов. Идеальный детектор в 50% случаев идентифицирует такую волну как одиночный фотон, в остальных же 50% случаев — как вакуум.
Таким образом, ученые впервые представили теоретическое описание взаимодействий с участием неклассического полуфотонного импульса. Теперь ученые проводят эксперименты с источником фотонов и рассеивателем микроволнового излучения для подтверждения теоретических результатов. Подобные исследования позволяют не только глубже понять тонкости квантового поведения света, но и пополнить комплекс знаний, использующихся при создании квантовых компьютеров.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Facebook и Twitter.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
