Monen fotonin generaattori sirulle

Sellaisten lomittuneiden fotonien tuottaminen, joiden ominaisuudet ovat toisistaan riippuvaisia, on avain useille kvanttiviestintätekniikoille. Useimmat tekniikat näiden fotonien muodostamiseksi tekevät niitä yksinomaan pareittain ja niitä, jotka voivat tuottaa enemmän kuin kaksi fotonia, on vaikea toteuttaa.

Gerbold Ménard Paris-Saclayn yliopistosta, Joachim Ankerhold Ulmin yliopistosta ja heidän kollegansa ovat kehittäneet paljon yksinkertaisemman tavan tehdä lomittuneita fotonipareja.

He käyttävät suprajohtavaa piiriä, koska sen avulla he voivat ohjata tarkasti Cooperin parien energiaa. Nämä parit viritetään tietylle energiatasolle ja sitten, kun kukin pari vaimenee perustilaansa, jolloin piiri emittoi ennustettavan määrän fotoneja.

Piiri koostuu Josephson-liitoksesta, joka on kytketty standardiin LC-resonaattoriin.

Kun jännite syötetään Josephson-liitoksen yli, Cooper-pari tunneloituu eristävän raon yli ja kerää syötetyn jännitteen määräämän energiamäärän. Pari voi sitten vuodattaa energiansa resonaattoripiiriin, joka säteilee energiaa antennin tavoin fotonien muodossa. "Resonaattori toimii Cooper-parien energian kaatopaikkana", Ménard sanoo.

Ryhmä on aiemmin osoittanut fotoniemission tällaisesta piiristä, mutta vain fotoniparien muodossa. "Lisäämällä tehokasta kytkentää Cooper-parin siirron ja resonaattorin välillä uudet prosessit tulevat mahdollisiksi ja jopa hallitseviksi", Ménard sanoo. Heidän uusimmassa, vahvasti kytketyssä piirissä yksi Cooper-pari, joka on virittynyt siirtyessään liitoksen läpi, voi hajota ja saada resonaattorin vapauttamaan useita fotoneja kerralla.

Mittaukset osoittavat, että sirumittakaavainen laite voi emittoida jopa kuusi mikroaaltofotonia yhdestä Cooper-parista. Tutkijat eivät ole vielä testanneet, ovatko fotonit lomittuneet, mutta Ménard sanoo, että teoria ennustaa, että ne ovat.

Jos fotonit osoittautuvat lomittuneiksi, tällaiset multipletit voivat olla hyödyllisiä monissa sovelluksissa. Esimerkiksi kvanttisalauksessa lomittuneisiin fotoneihin salattua ja tavallisen kuituoptisen verkon kautta lähetettyä dataa ei voida lukea siirron aikana ilman, että lähettäjä ja vastaanottaja havaitsevat salakuunteluyrityksen.

Lomittuneilla multipleteillä saattaa lopulta olla mahdollista lähettää dataa turvallisesti ja samanaikaisesti useille käyttäjille. Tai ehkä lomittuneiden fotonien ryhmät voitaisiin jakaa modulaarisen kvanttitietokoneen erillisten piirien kesken, jotta ne kaikki pysyisivät toisiinsa lomittuneina.

Ryhmän tekemä jopa kuuden fotonin tilan luominen on "tärkeä saavutus heidän työssään", sanoo kvanttifyysikko Jukka Pekola Aalto-yliopistosta. "Sen saa [ilmaiseksi] säätämällä vain tasajännitettä", kun aikaisemmat kokeet vaativat kvanttibitin sisältäviä operaatioita.

Aiheesta aiemmin:

Yksittäisten fotonien ilmaisu luo kvanttietua

Eriväristen fotonien lomittaminen

Kohti integroituja kvanttioptisia piirejä