Известно, что на самом маленьком уровне, на уровне субатомных частиц, законы классической физики перестают работать и все происходящее начинает подчиняться законам загадочной квантовой механики. Некоторые из этих законов уже изучены в достаточной степени, и это позволяет ученым с достаточно большой вероятностью прогнозировать поведение квантовых частиц, таких, как запутанные фотоны света. Однако, результаты исследований, проведенных учеными из университета Восточной Англии (University of East Anglia, UEA), Великобритания, указали на то, что крошечные частицы света в некоторых случаях могут вести себя таким образом, что это не вписывается в рамки существующей квантовой теории.
Ученые занимались исследованиями квантового процесса непосредственного параметрического преобразования (spontaneous parametric down-conversion, SPDC). В этом процессе луч света проходит сквозь специальный кристалл, в результате чего получаются пары запутанных на квантовом уровне фотонов. Напомним нашим читателям, что запутанные квантовые частицы являются связанными, принудительное изменение квантового состояния одной из частиц вызывает изменение состояния второй частицы, несмотря на то, что их может разделять сколь угодно большое расстояние.
Согласно имеющейся квантовой теории запутанными становятся только те фотоны, которые прошли через одну и туже область (точку) кристалла. Однако, ученые обнаружили, что запутанными могут стать и фотоны, прошедшие через области кристалла, разделенные достаточно большим расстоянием. "Запутанные фотоны могут появиться из областей кристалла, которые отдалены друг от друга на сотые части микрометра" - рассказывает профессор Дэвид Эндрюс (David Andrews), - "С точки зрения существующей квантовой теории такие фотоны не могут стать запутанными, ведь они "родились" очень далеко друг от друга на атомарном уровне".
Запутанные фотоны, пойманные в специальных ловушках, являются одними из основных элементов будущих квантовых компьютеров, компьютеров, обладающих гораздо большей вычислительной мощность, нежели даже самые мощные современные суперкомпьютеры. Однако нестыковка в квантовой теории, связанная с возникновением пар запутанных фотонов, может оказать не очень хорошее влияние на дизайн будущих квантовых вычислительных систем, ведь она вносит дополнительную погрешность в работу отдельных квантовых компонентов.
"Мы показали, что фотоны света не являются "твердыми пулями", поведение которых можно определить с достаточной точностью" - рассказывает Дэвид Эндрюс, - "И разработчики будущих квантовых фотонных вычислительных систем должны учитывать неопределенности, которые могут возникнуть в результате непредсказуемого поведения фотонов".

http://www.dailytechinfo.org/

Группа ученых из университета Маккуори (Macquarie University), Австралия, продемонстрировала способ умножения мощности луча лазерного света при помощи сверхчистого кристалла алмаза. Этот кристалл позволяет сложить в один интенсивный луч лучи нескольких менее мощных лазеров, и все это сильно напоминает технологию, использованную в космической боевой станции "Звезда Смерти" из серии фильмов "Звездные Войны", которая уже больше не является исключительно предметом научной фантастики. У данного достижения уже прямо сейчас имеется несколько областей практического применения, начиная от военных технологий, экспериментальной физики, термоядерной энергетики и заканчивая областью космических лазерных коммуникаций.
Как уже упоминалось немного выше, ключевым моментом новой технологии является сверхчистый кристалл алмаза, обладающий так называемой осью конвергенции. Оптические свойства такого кристалла заставляют несколько интенсивных лучей лазерного света изменить траекторию и передать энергию в заданном направлении, не подвергаясь, при этом, существенным искажениям, приводящим к рассеиванию мощности.
"Наше открытие имеет очень важное значение для бурно развивающейся области лазерных технологий" - рассказывает доктор Аарон Маккей (Dr Aaron McKay), - "Дальнейшее увеличение мощности лазерных систем традиционной конструкции наталкивается на ряд труднорешаемых технологических проблем, таких, как необходимость отвода и рассеивания большого количества паразитного тепла. И объединение в один мощный луч нескольких лучей лазерного света является достаточно многообещающим способом кардинального поднятия мощности лазерных систем".
У технологии объединения лазерных лучей при помощи кристалла алмаза имеется одна особенность. Эту особенность, которая заключается в изменении длины волны света, можно считать одновременно недостатком и одновременно - преимуществом. "Особая длина волны света направленного высокоэнергетического луча очень важна для реализации эффективной передачи энергии сквозь атмосферу. Кроме этого, все это позволит уменьшить опасность для глаз людей или животных, которые по случайности могут попасть в зону действия луча лазерного света" - рассказывает профессор Милдрен (Professor Mildren).
И в заключении следует отметить, что алмаз является не единственным материалом, оптические свойства которого позволяют производить объединение лучей лазерного света на основе эффекта, называемого рассеиванием Рамана. Однако, сверхчистый алмаз является единственным из таких материалов, позволяющим оперировать лучами света большой мощности и интенсивности. Помимо этого, алмаз является превосходным проводником тепла, что позволяет без особых проблем отвести от кристалла любое количество выделившегося в нем паразитного тепла.

http://www.dailytechinfo.org/

Неподалеку от места, где в свое время Эдвин Лэнд (Edwin Land), изобретатель фотоаппаратов Polaroid, делал свои открытия, связанные с поляризованным светом, группа исследователей из Школы технических и прикладных наук (School of Engineering and Applied Sciences, SEAS) Гарвардского университета продолжает открывать новые возможности, предоставляемые этим поляризованным светом. Группа, возглавляемая профессором Федерико Капассо (Federico Capasso), закодировала в виде метаповерхности, поверхности со сложной структурой, несколько голографических изображений, каждое из которых можно воспроизвести, освещая эту поверхность светом с определенным углом поляризации.
Напомним нашим читателям, что поляризация света - это плоскость, в которой происходят колебания электромагнитных волн фотонов. В своих предыдущих исследованиях группе профессора Капассо удалось разработать особый вид метаповерхности, которая чувствительна к поляризации падающего на нее света. Это позволило им закодировать в одной поверхности два разных изображения, но оба этих изображения сильно влияли друг на друга, внося заметные глазу искажения.
Новая метаповерхность изготавливается из диоксида титана, достаточно распространенного в природе материала. Во время изготовления на поверхности создается множество выступов, форма которых напоминает форму рыбьего плавника, которые отражают падающий на поверхность свет строго определенным образом. В отличие от подобных поверхностей, созданных ранее, которые имели однородные по размерам выступы, выступы на новой поверхности имеют свою собственную ориентацию в пространстве, высоту и ширину. И именно этим кодируются "зашитые" в поверхность голографические изображения.
"Каждый нановыступ имеет свои уникальные свойства по отношению к свету определенной поляризации, падающему под определенным углом" - рассказывает Ноа Рубин (Noah Rubin), научный сотрудник лаборатории профессора Капассо, - "Мы уже создали библиотеку "стандартных элементов" метаповерхности, при помощи которой можно закодировать в ней практически любое изображение".
Использование метаповерхности нового типа позволяет в теории закодировать в ней достаточно большое количество различных голографических изображений. Но в настоящее же время наилучшие результаты получаются при кодированию двух изображений и света, плоскости поляризации которого перпендикулярны друг другу.
А в более глобальном плане данные исследования могут привести к появлению новой области - области поляризационной оптики, которая позволит сделать то, чего невозможно достичь при использовании традиционной "классической" оптики. Это, в свою очередь, позволит разработать совершенно новые технологии защиты, новые технологии для индустрии развлечений и многое, многое другое.

http://www.dailytechinfo.org/

Одним из элементов будущих квантовых компьютеров являются матрицы надежных источников единичных фотонов, при помощи которых кодируется передаваемая и обрабатываемая информация. Большинство ученых считают квантовые точки различных типов идеальными кандидатами на "должность" таких источников. Однако исследователи из университета Цукубы (University of Tsukuba), Япония, продемонстрировали, что арсенид галлия (GaAs), полупроводниковый материал с добавками атомов некоторых других элементов, является более надежным источником единичных фотонов, нежели квантовые точки любых типов. Использование источников на базе допированного арсенида галлия позволит получить более четкую и определенную последовательность фотонов, при этом, параметры фотонов, излученных из одного или различных таких источников, практически не отличаются друг от друга.
"Нам удалось продемонстрировать работу полупроводникового источника единичных фотонов, что является существенным шагом к разработке новых технологий квантовой обработки информации. И самым удивительным является то, что основой этого источника стали обычные и хорошо изученные полупроводники III-V группы с введенными в них дополнительными примесями" - рассказывает Мичио Икесава (Michio Ikezawa), профессор из университета Цукубы, - "В этом источнике используется так называемый эффект наложения волновых пакетов и за счет этого эффекта все испускаемые фотоны имеют идеально совпадающий набор основных параметров, таких, как энергия, пространственная ориентация, поляризация, время появления и т.п."
В качестве примеси к арсениду галлия японские ученые использовали атомы азота. Получение этого материала проводилось при участии исследователей из японского Национального института материаловедения (National Institute for Materials Science), который так же располагается в городе Цукуба. В созданных источниках единичных фотонов используется новый способ излучения света при помощи так называемых изоэлектронных ловушек. Из-за достигнутой высокой однородности легирования арсенида галлия атомами азота на одном кристалле полупроводникового материала образуется целая упорядоченная матрица таких ловушек, каждая из которых представляет собой отдельный источник единичных фотонов. Фотоны света с модулированными заданным образом квантовыми характеристиками, "рожденные" внутри изоэлектронных ловушек, имеют долгое время жизни, в течение которого сохраняются неизменными квантовые характеристики этих фотонов, что само по себе является необходимым для построения будущих квантовых компьютеров.
Для проверки полной идентичности излучаемых фотонов ученые использовали эффект Хонга-У-Мандела (Hong-Ou-Mandel). Два идентичных фотона были запущены через два входных порта в устройство, внутри которого было произведено их высокоточное совмещение. Это устройство представляет собой нечто наподобие интерферометра, который измеряет эффект взаимодействия между двумя фотонами. При полном совпадении всех параметров двух фотонов и закодированной в них квантовой информации при взаимодействии они должны полностью "погасить" друг друга, а устройство-интерферометр предназначалось для измерения параметров фотона, оставшегося после взаимодействия двух фотонов в случае наличия некоторых различий между характеристиками исходных фотонов.
Используя такой подход, который является первой в истории реализации подобного вида измерений, исследователи выяснили, что фотоны, излучаемые допированными полупроводниками III-V группы, имеют гораздо более высокое подобие друг другу, нежели фотоны, излучаемые источниками на основе квантовых точек различных типов, которые использовались в этом эксперименте в сравнительных целях.
В дальнейших исследованиях японские ученые будут пытаться уменьшить и без того малые различия между испускаемыми фотонами. Для этого им потребуется найти механизм подавления некоторых нежелательных эффектов, которые были обнаружены во время первого эксперимента.

http://www.dailytechinfo.org/

Страница 4 из 4

Поиск