Исследователи из университета Уцуномии (Utsunomiya University), Япония, разработали технологию формирования при помощи лазера крошечных пузырьков в объеме жидкости. Эти пузырьки, местоположение которых выдерживается с высокой точностью, рассеивают свет от внешнего источника, превращая, тем самым сосуд с жидкостью в своего рода трехмерный дисплей, изображение которого видимо безо всяких очков и с любой точки зрения. Нынешняя технология является лишь доказательством работоспособности заложенных в нее идей, но в будущем на ее основе могут быть созданы полноцветные динамические объемные дисплеи, предназначенные для художественных выставок и музеев, к примеру, и позволяющие зрителям рассмотреть изображение объекта со всех его сторон.
Пузырьки в объеме жидкости формируются за счет эффекта многофотонного поглощения, который возникает при фокусировке света двух фемтосекундных лазеров в одной точке пространства. Такой подход позволяет формировать пузырьки в заданной точке объема с высокой точностью. Используемая для заполнения сосуда жидкость имеет большую вязкость и это не позволяет сформированным пузырькам быстро подниматься вверх. Через непродолжительное время пузырьки исчезают и "пузырьковое" изображение требует повторной регенерации.
"Пузырьковое" изображение становится видимым при его освещении светом от внешнего источника, мощного светодиода в данном случае. Японские исследователи использовали многоспектральный светодиод, что позволяет окрашивать "пузырьковое" изображение в синий, зеленый, красный, белый, желтый и другие цвета. Более того, освещение пузырьков светом от цифрового проектора позволит в будущем окрашивать отдельные участки формируемого изображения в разные цвета.
Вместо того, чтобы формировать один пузырек за другим, последовательно "сканируя" лучами лазеров весь объем жидкости, исследователи использовали своего рода голограмму, генерируемую компьютером. Эта голограмма представляет собой трехмерный образ, позволяющий управлять с достаточно высокой точностью количеством и размерами формируемых микропузырьковых пикселей. Такой подход позволяет увеличить количество рассеиваемого пузырьками света, что, в свою очередь, делает изображения более четкими и контрастными.
А сейчас исследователи разрабатывают технологию, позволяющую создавать и управлять движением потоков жидкости в объеме сосуда. Эта технологий позволит быстро "стереть" сформированное ранее изображение или заставит его двигаться. Кроме этого, исследователями ведется адаптация микропузырьковой технологии для возможности создания при ее помощи изображений больших размеров внутри сферических сосудов. И для этого исследователям потребуется создать достаточно сложный алгоритм компенсации сферических искажений, которые обусловлены разницей в коэффициентах преломления света воздуха, стекла сосуда и заключенной в нем жидкости.

http://www.dailytechinfo.org/

В свое время мы достаточно часто рассказывали нашим читателям о различных самособирающихся структурах, изготовленных из материалов, меняющих свою форму под воздействием света. Такой механизм хорошо подходит для получения трехмерных форм, состоящих из плоскостей, таких, как кубы и пирамиды. Но для того, чтобы заставить изначально плоский материал свернуться в нечто более сложной формы, ученые из университета Северной Каролины разработали новую технологию, которая позволяет при помощи света с различными параметрами управлять процессом "превращения" с достаточно высокой точностью и избирательностью.
В основу данных исследований легли исследования этой же группы ученых, проведенные еще в 2011 году. Тогда ученым удалось создать плоские шаблоны из материала, который сворачивался в трехмерные объекты под воздействием инфракрасного света. Ключевым моментом разработанной тогда технологии были участки из темного материала, включенные в объем материала или напечатанные на его поверхности в нужных местах. Эти участки поглощают свет более интенсивно, нагреваются и деформируются, перемещая сегмент материала в необходимое положение. А угол отклонения и скорость перемещения регулировались путем изменения ширины и толщины каждой линии светопоглощающего материала.
Одним из недостатков данного метода является то, что воздействие света заставляет перемещаться все изгибы шаблона одновременно. Получить избирательность процесса изгиба ученым удалось за счет изменения цвета материала светопоглощающего материала и, соответственно, длины волны используемого света. Напечатав на основании материала полосы специальными чернилами разного цвета, ученые добились полного управления последовательностью процесса изменения формы. Освещение материала ярким синим светом приводит к началу сворачивания материала по линиям, напечатанным желтыми чернилами, а красный свет вызывает реакцию участков, покрытых чернилами синего цвета.
Такой подход позволяет ученым разработать структуру шаблона с тщательно заданной последовательностью изменения формы. Помимо использования основных цветов чернил, такая технология допускает использование смешанных цветов, что, в свою очередь, позволяет управлять скоростью перемещения отдельных сегментов, которая может быть разной при использовании света одной длины волны.
Возможность создания самособирающихся материалов, в структуре которых заключена "инструкция" по сборке конечного изделия, имеет массу вариантов ее использования. Данная технология может быть использована для создания роботов-трансформеров, которые хранятся в плоском компактном виде и сворачиваются только в случае необходимости их использования. Нечто подобное можно также использовать для развертывания панелей солнечных батарей космических аппаратов, для создания новых электронных компонентов и медицинских устройств.

http://www.dailytechinfo.org/

Нанофотонные схемы, крошечные чипы, которые фильтруют и управляют распространением света, страдают от незначительных изменений, вызванных влиянием внешних факторов, которые оказывают отрицательное влияние на оптические характеристики этих схем. Группа исследователей из Утрехтского университета (Utrecht University), университета Твенте (University of Twente) и исследовательского центра Thales Research & Technology France нашли способ, позволяющий компенсировать вышеупомянутые изменения, что, в свою очередь, позволит в скором будущем изготавливать надежные компоненты коммуникационного оборудования для датацентров и высокопроизводительных компьютерных систем.
Оптические коммуникации являются самой распространенной в мире технологией, обеспечивающей высокоскоростную передачу информации по оптоволоконным линиям. Но в нынешнее время развивается новое направление оптических коммуникаций, при помощи которых будет осуществляться передача информации в пределах кристалла одного чипа, что позволит уменьшить количество потребляемой чипом энергии.
Одним из самых многообещающих способов сделать это является использование кристаллических фотонных нанорезонаторов, где свет пропускается через промежуток между двумя резонаторами, настроенными на одну и туже частоту. Резонансная частота определяется формой и структурой резонатора, однако, самые лучшие из имеющихся на сегодняшний день технологий нанопроизводства не могут обеспечить необходимую точность изготовление отверстий, в десять раз превышающих диаметр атома. При производстве резонаторов всегда возникает небольшая погрешность, определяющее отклонение резонансной частоты устройства от номинала.
Упомянутая выше группа ученых разработала и провела экспериментальную демонстрацию нового оптического метода управления кристаллическим фотонным нанорезонатором. Эти ученые использовали метод цифровой голографии для того, чтобы сфокусировать свет в определенных точках нанорезонатора. Этот свет локально нагревает элементы нанофотонного чипа, что компенсирует отклонения, возникшие в результате погрешности производства или возникшие в результате воздействия разных факторов окружающей среды.
Помимо компенсации неточностей, новый метод голографической коррекции стал еще одним методом управления распространением света. Ученые смогли переводить резонатор в состояние резонанса и выводить его из него. Это избавляет разработчиков нанофотонных схем от необходимости использования более сложных методов оптического и электрического управления, а это, в свою очередь, сделает новые нанофотонные устройства и компьютеры, использующие их, более простыми, более эффективными и более дешевыми в производстве.

http://www.dailytechinfo.org/

Существующие сейчас технологии построения атомных часов на основе оптической решетки из атомов стронция позволяют производит одновременный "опрос" миллионов атомов, что обеспечивает им спектроскопическую добротность (показатель качества работы) на уровне 1*104. Взаимодействия между отдельными атомами оптической решетки вынуждают разработчиков атомных часов идти на компромисс между стабильностью, которая является следствием использования большого количества атомов, и точностью, которая зависит от неравномерности плотности распределения атомов решетки. А недавно группа исследователей нашла возможность решения проблемы повышения качества работы оптических атомных часов. Использование так называемого газа Ферми, находящегося в вырожденном квантовом состоянии, и света сверхстабильного лазера позволит поднять показатель добротности до фантастически высокого уровня в 5.2*1015.
Работа, проведенная исследованиями, является одним из предпоследних шагов, который приблизит оптические атомные стронциевые часы к максимально возможному теоретическому пределу их точности и стабильности. При этом, уникальная методика "чтения" состояния всех атомов в оптической решетке позволит "опрашивать" всю оптическую решетку за время, не превышающее 100 секунд.
Газ Ферми представляет собой набор атомов стронция, охлажденных до сверхнизкой температуру и "вмороженных" в узлы трехмерной кубической решетки. При этом, в качестве основы решетки может выступать оптическая ловушка, электромагнитная ловушка или объем специального прозрачного материала. В вырожденное квантовое состояние такой газ переводится при помощи лазерного света и пребывание атомов в таком состоянии позволяет уменьшить величину их нежелательных взаимодействий.
Оптические атомные часы на основе вырожденного квантового состояния представляют собой многообещающий инструмент для изучения физики взаимодействий, в которых принимает участие несколько тел различного масштабного уровня. К сожалению, данные исследования являются теоретическими в большей своей части, практическая же реализация оптических атомных часов на базе газа Ферми еще невозможна в силу нескольких неразрешенных на сегодняшний день проблем технического и технологического плана.

http://www.dailytechinfo.org/

Голографические технологии являются одним из самых перспективных методов увеличения плотности оптических устройств хранения информации, следующих за постоянной тенденцией увеличения емкости с одновременным уменьшением габаритных размеров. И группе исследователей из японского университета Электрических Коммуникаций (University of Electro-Communications, UEC) удалось создать новый полимерный композитный материал, в объеме которого находятся наночастицы определенного типа. Оптическая система на базе такого материала обеспечивает самый высокий на сегодняшний день уровень оптического сигнала и самое высокое значение соотношения сигнала к шуму. А использование нового наноматериала в голографических устройствах хранения информации позволит сократить в несколько раз уровень ошибок записи-чтения и это, в свою очередь, позволит начать практическое использование голографических накопителей для хранения больших объемов информации.
Практически все оптические технологии записи и хранения информации используют разницу коэффициента преломления света участками материала-носителя, прошедшими через процесс определенной обработки. В отличие от обычных технологий, использующих хранение информации на плоскости информационного слоя компакт-диска, к примеру, голографические технологии позволяют записывать информацию в объеме трехмерного пространства, во много раз увеличивая информационную емкость носителя. Но для качественной работы голографических технологий требуется большая разница в коэффициенте преломления материала-носителя, чем это необходимо для записи информации в одной плоскости.
Превосходными параметрами, соответствующими высоким критериям технологий голографической записи информации, обладают композитные соединения полимерных материалов с неорганическими наночастицами. В свое время исследователи из университета UEC уже разработали ряд таких композитных материалов на основе тиоленовых мономеров. Запись и считывание информации из такого материала производилось при помощи луча лазера, фокусируемого в точке пространства, размером в один микрон, при этом было получено весьма неплохое значения соотношения сигнал/шум.
Позже японские исследователи пошли чуть дальше, добавив в объем полимерного материала наночастицы определенной формы и размеров. Для записи и считывания информации из такого материала требуется уже два луча лазерного света, один - опорный, а второй - рабочий. При таком подходе ученым удалось добиться достаточно высокой плотности хранения данных и обеспечить высокую скорость записи-считывания информации.
И завершающим "аккордом" разработки данной технологии стало использование прозрачных кварцевых наночастиц в количестве 25 процентов от общего объема, равномерно рассеянных по полимерному материалу, имеющему достаточно сложный состав, состоящий из смеси мономеров нескольких типов. В результате таких усилий уровень ошибок при записи и считывании информации снизился до значения 10-4, а значение соотношения сигнал/шум превысило 10 единиц.

http://www.dailytechinfo.org/

Группа исследователей из университета Миннесоты разработала структуру и создала опытные образцы магнитного туннельного перехода, состояние которого может быть переключено при помощи импульсов света, длительностью в одну триллионную долю секунды, что является абсолютным рекордом этого типа. Такие переходы могут стать основой ячеек сверхскоростной магнитной памяти с оптическим управлением и спинтронных устройств, устройств, использующих для передачи и обработки информации волнообразное движение спинов электронов.
Традиционная структура магнитного туннельного перехода состоит из двух слоев различных магнитных материалов, разделенных изолирующим слоем, называемым барьером. Информация записывается в такую ячейку памяти путем изменений намагниченности одного из слоев. Для этого, в большинстве случаев, используется движение вращающихся по спирали электронов, а процесс носит название спин-обработки. Однако, спин-обработка имеет верхний предел по быстродействию, который находится на частоте 1.66 ГГц, что значительно ниже быстродействия даже обычных кремниевых транзисторов.
Базой для создания магнитного перехода нового типа стали исследования, проведенные в 2007 году голландскими и японскими учеными. Они продемонстрировали, что сплав, состоящий из гадолиния (Gd), железа (Fe) и кобальта (Co) в определенных пропорциях может изменять свою намагниченность и другие параметры, имеющие отношение к магнетизму, под воздействием импульсов света. Этим сплавом исследователи из Миннесоты заменили верхний слой магнитного туннельного перехода. Еще одной модификацией исходной структуры перехода стало добавление к нему электрода из прозрачного токопроводящего материала - оксида олова-индия. Вся структура магнитного туннельного перехода представляет собой круглый столбик, диаметром в 10 микрометров, что более чем в десять раз меньше толщины человеческого волоса.
Для проверки работоспособности перехода исследователи освещали его последовательностью импульсов инфракрасного света, генерируемых недорогим оптоволоконным лазером. Период следования импульсов равнялся одной микросекунде (миллионная доля секунды), хотя длительность каждого импульса не превышала одно триллионной доли секунды. Каждый раз, когда импульс света попадал на поверхность перехода, ученые наблюдали скачкообразное изменение напряжения на устройстве. А это изменение говорило о соответствующем изменении электрического сопротивления магнитного туннельного перехода. Поскольку длительность импульса света равнялась одной пикосекунде, то при помощи такой технологии, в теории, можно получить скорость записи информации в магнито-оптичекую память на уровне 1 терабита в секунду.
"Наше достижение может стать в будущем быстродействующим буфером между оптоволоконной оптикой, которая обеспечивает сверхвысокие скорости передачи данных, и энергонезависимыми магнитными устройствами хранения информации" пишут исследователи. А в своих дальнейших исследованиях ученые будут работать над уменьшением размеров структуры магнитного туннельного перехода до 100 нанометров и меньше. Помимо этого, будут произведены попытки уменьшить количество энергии, несомой импульсами света, которая требуется для изменения состояния магнитного перехода. И все эти усилия, по мнению ученых, должны привести к созданию технологии энергонезависимой магнитной памяти на туннельных переходах, чипы которой можно производить при помощи стандартного технологического оборудования.

http://www.dailytechinfo.org/

Группа исследователей из университета Райс (Rice University), возглавляемая материаловедом Роуцбе Сасавари (Rouzbeh Shahsavari), придумала новый рецепт приготовления "наносэндвича", наноразмерного многослойного материала, обладающего суперпрочностью и рядом превосходных оптоэлектронных свойств. Проделанная учеными работа является результатом проведенного ими же сложнейшего компьютерного моделирования, целью которого являлся поиск новых материалов для технологий химического анализа, катализа и оптической электроники.
Толчком к данным исследованиям стал успех других ученых, которым удалось, используя силы Ван-Дер-Ваальса, соединить различные молекулярные компоненты, заключенные в общую оболочку. Работа ученых из университета Райс выступала в качестве еще одной проверки теории, позволяющей определить заранее электронные, оптические, химические и физические свойства сложных композитных материалов. А в данном случае таким материалом стал слой оксида магнитя, заключенный между двумя слоями графена.
Напомним нашим читателям, что у графена отсутствует понятие электронной запрещенной зоны, что делает некоторые другие материала полупроводниками. Однако, у нового гибридного материала запрещенная зона имеется, и ее ширина может быть подстроена в зависимости от параметров составных частей материала. Кроме этого, такой же гибкой настройке подвержены и оптические свойства материала, что делает его необычайно полезным для применения в оптической электронике.
"Единственный слой оксида магния способен поглощать свет только в узком диапазоне длин волн. Но когда такой материал пойман в ловушку между двумя слоями графена, он становится способным к поглощению света в более широком спектре" - рассказывает Роуцбе Сасавари, - "И это делает его идеальным вариантом для изготовления светочувствительного элемента различных фотодетекторов".
"Сейчас на свете не существует одного единственного чудо-материала, при помощи которого можно закрыть все технические проблемы в мире" - рассказывает Сасавари, - "И, как показывает практика, лучшие результаты в каждой области дают гибридные материалы, состоящие из компонентов разной природы".
Теоретические математические модели, разработанные группой Сасавари, могут одинаково хорошо работать и по отношению к другим двухмерным материалам, к примеру, с нитридом бора с шестиугольной кристаллической решеткой, силицену и т.п. Помимо этого, можно использовать молекулярное наполнение этих наносэндвичей любого типа. "Моя группа сейчас работает над целым рядом гибридных материалов, меняя используемые в них компоненты и их структуру" - рассказывает Сасавари, - "И мы надеемся, что при помощи этих материалов будут решены некоторые из сложных проблем, с которыми невозможно справиться, используя более традиционные методы и подходы".

http://www.dailytechinfo.org/

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 5 из 5

Поиск