Создан прибор для получения отдельных фотонов

Ученые из института Макса Планка создали устройство, позволяющее получать отдельные фотоны, энергия и свойства которых могут точно контролироваться. Прибор может применяться при создании квантовых компьютеров и для проведения экспериментов в области квантовой физики.

Принцип действия прибора основан на помещении отдельного нейтрального атома в резонатор. При облучении атома лазерным лучом он начинает испускать в одном направлении по одному фотону с одной и той же энергией. Однако до сих пор ученым не удавалось удерживать атом в резонаторе и одновременно генерировать отдельные фотоны в течение продолжительного времени, достаточного для их практического применения.

Группе ученых под руководством проф. Герхарда Ремпе (Gerhard Rempe) удалось существенно увеличить время удержания нейтрального атома внутри резонатора за счет трехмерного охлаждения его стенок. В приборе, разработанном группой проф. Ремпе, один атом рубидия может генерировать до 300 тыс. фотонов. Время работы этой системы существенно превышает время, необходимое для захвата атома и охлаждения резонатора.

В экспериментах применялась магнитооптическая ловушка для подготовки ультрахолодных атомов в вакуумной камере. Эти атомы затем помещались в охлажденный резонатор, где удерживались дипольным потенциалом сфокусированного лазерного луча. Под действием последовательности лазерных импульсов атом рубидия начинал испускать поток отдельных фотонов. Атом периодически охлаждался для предотвращения его выхода из ловушки.

Чтобы продемонстрировать, что атом однократно испускает только один фотон, ученые разделили поток фотонов на выходе на две равные части, каждая из которых попадала на свой детектор. Т.к. детекторы фиксировали фотоны не одновременно, это означало, что в системе однократно образуется не больше одного фотона, передает сайт R&D.CNews.

В настоящее время группа проф. Ремпе собирается использовать свой прибор для проведения экспериментов по исследованию "запутанных" состояний атомов и фотонов.