Идентичните фотони генерираха 150 милиона километри един от друг

Изображение на слънчева светкавица. Увеличи / Близкия източник на квантове фотони. NOAA

До средата на 20 век светлината беше доста обикновен. Да, беше и частица, и вълна, но не стана нещо много странно. Тогава учени, недостатъчно заети след края на Втората световна война, започва да обръща повече внимание на свойствата на светлина. Това отчасти се дължи на наличието на излишък прожектори, които могат да бъдат превърнати в евтини светлинни масиви детектори за измерване на свойствата на звездите.

С това започнал приливът на фотонно злато, като учените идентифицирали всички видове интересни потенциални поведения. Но всъщност спазването те ще изискват по-скоро специални източници на светлина, които не е съществувал Сега учените показаха, че нашето собствено Слънце може да бъде превърнати в един от тези източници на светлина.

Стадо идентични фотони

Когато два фотона са неразличими, те могат да бъдат накарани да играят някои неочаквани трикове. Диаграмата по-долу показва пример: два еднакви фотони едновременно удрят частично отразяващо огледало време. Не можем да предвидим къде ще отидат, но където и да е, отиват заедно. Ако светът беше класически, бихме очаквали това всеки се държи независимо и половината от времето би избрал различни посоки. Но ние сме в квантов свят, така че това не го прави да се случи.

Interference between two single photon sources at a partially отразяващо огледало.  Ако двата фотона са идентични (вляво), тогава  те винаги ще излязат заедно (макар че посоката е произволна).  ако  фотоните не са идентични, тогава могат да излязат и в различни  directions.Увеличи / Частично интерференция между два отделни източника на фотони reflective mirror. If the two photons are identical (left), thenthey will always exit together (though the direction is random). Ifthe photons are not identical, then they may also exit in differentпосоки.Крис Лий

Този тип интерференция може да работи само с идентични фотони, откъдето идват специалните източници на светлина. Фотоните могат да бъдат отличава се по техния цвят (дължина на вълната), колко чист е този цвят (или по-технически, съгласуваност), ориентацията на тях осцилиращо електрическо поле (известно като поляризация), тяхното пространствено формата и времето на пристигането им. Всъщност създаване на идентични фотони в исторически план е било толкова трудно, че цели лаборатории и аспирантите бяха пожертвани за създаването си.

Но това бяха единични устройства, които по своята конструкция можеха не прави нищо друго, освен да генерира двойки еднакви фотони. Бих могъл две независими устройства излъчват единични фотони, идентични на взаимно?

Разработката на квантови точки направи това възможно. Квантови точки са това, което пише на етикета на кутията: миниатюрни точки материали, които произвеждат квантово поведение чрез ограничаване на един електрон. Най- ограничението ограничава електроните до специфични енергии; когато електронът се отървава от енергията, това го прави чрез излъчване на фотон.

Учените по материали са измислили как да направят тези точки че всички те са почти идентични, което означава, че цветът на излъчен фотон е същото. Знаем също как да ги поставим среда, която ги насърчава да имат еднаква чистота, пространствена форма и поляризация. Експериментите разкриха, че две квантови точки наистина може да излъчва идентични фотони.

Това обаче все още не го реже съвсем. Ние по същество имаме направи две копия на едно и също устройство и внимателно контролира среда, за да се гарантира, че те естествено биха произвели идентични photons. Но какво да кажем за нещо извън нашия контрол, като това Sun?

Изрязване на идентични фотони от смесено стадо

Точно това е тествал екип от изследователи. Те използваха проследяващо устройство за непрекъснато улавяне на светлина от Слънцето. Че светлината се филтрира, за да се гарантира, че само фотони с правото цвят, чистота, пространствена форма и поляризация бяха запазени. тези след това са изпратени до частично отразяващо огледало заедно със светлина от квантова точка.

Но времето също е от решаващо значение, тъй като експериментът изисква това само един фотон от Слънцето удря частично отразяващия се огледало едновременно с това фотонът от квантовата точка пристига. Слънцето излъчва фотони в произволни моменти, но има и такива много фотони, които винаги има много повече от един, докато квантова точка излъчва само фотон на всеки 10ns или така.

За да изчистят препятствието на времето, изследователите изхвърлиха фотони от Слънцето, докато средната скорост на фотоните е била приблизително същата като тази на квантовата точка. Тогава детекторите бяха включени само през определени интервали от време, ефективно избирайки само за откриване фотони, които пристигат заедно с фотона от квантовата точка.

При тези условия резултатът беше точно такъв, както беше предвиден неразличими фотони Е, почти. Квантовата точка не е перфектно, така че понякога излъчва два фотона вместо един. И на фотонен поток от Слънцето също понякога ще има два фотона, което означава, че изследователите не виждат перфектна намеса.

Но е доста близо. Всъщност резултатите им бяха толкова добри, че те отидоха крачка напред, показвайки, че могат да оплетат фотони от Слънцето с фотони от квантова точка.

На едно ниво това е доста обикновено: квантовата механика предсказва, че идентичните фотони ще се държат по определен начин. Това експериментът ефективно взема безбройните фотони от Слънцето и избира само тези, които са идентични на фотоните от квантова точка. Не бихме очаквали друг резултат.

На друго ниво това все още е доста невероятно. Да мисля това сега имаме технологията да вземем всяка стара крушка и да я завъртим в квантов ресурс е доста невероятно. Изследователите също твърдят, че квантовите свойства на единичните фотони от Слънцето може да се използва за хвърляне на светлина върху слънчеви процеси, като магнитно поле поведение. Това може да е по-интересно от всяка технология приложение.

Писма за физически преглед, 2019 г., DOI: 10.1103 / PhysRevLett.123.080401 (За DOI)

Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: