Ich dokonania zostały opisane w Nature Physics, a dalszy postęp w badaniach powinien przełożyć się na rozwój bardziej zaawansowanych urządzeń kwantowych. Jak wyjaśnia Peter Lodahl, on i jego współpracownicy pracowali nad deterministycznym interfejsem pojedynczych kropek kwantowych do pojedynczych fotonów od ponad 15 lat. W toku badań powstała metoda oparta na falowodach nanofotonowych, które zostały zastosowane w przypadku deterministycznych źródeł pojedynczych fotonów i wielofotonowych źródeł splątania.
Czytaj też: Nie uwierzycie, ile fotonów udało się splątać fizykom. Komputery kwantowe będą wydajniejsze
Innym ich zastosowaniem było natomiast wywoływanie nieliniowych operacji na fotonach. Próby rozpoczęły się już w 2015 roku, jednak pojawiły się wtedy trudności w zakresie zrozumienia fundamentalnej fizyki leżącej u podstaw tej złożonej, jednofotonowej i nieliniowej interakcji. Naukowcy zdali sobie też sprawę z potencjału dotyczącego konstruowania fotonowych bramek kwantowych i sortowników fotonów.
W ramach nowych eksperymentów Lodahl i reszta zespołu wykorzystali wydajne i koherentne sprzężenie pojedynczego emitera kwantowego z falowodem nanofotonowym. Celem było wywołanie nieliniowych interakcji kwantowych pomiędzy zestawami fal fotonów. Istotną rolę w prowadzonym badaniu odegrała kropka kwantowa, która zachowuje się jak dwupoziomowy atom. Osadzono ją w falowodzie z kryształu fotonicznego.
Interakcje między fotonami powinny usprawnić konstruowanie bramek kwantowych i sortowników fotonów
W takich układach sprzężenie jest deterministyczne, dlatego nawet jeden foton wystrzelony do falowodu oddziałuje z kropką kwantową. Wysłanie impulsów zawierających dwa lub więcej fotonów wywołuje korelacje kwantowe, ponieważ tylko jeden foton w danym momencie może oddziaływać z kropką kwantową. Kontrolując czas trwania impulsu kwantowego, możemy dostosować te korelacje, a także interakcję pomiędzy fotonami.wyjaśnia Lodahl
Naukowcy, korzystając z opracowanej przez siebie metody, byli w stanie kontrolować foton za pomocą drugiego fotonu. W praktyce oznacza to, iż udało im się wywołać nieliniową interakcję foton-foton. Dzięki dalszemu rozwojowi tej technologii możliwe powinno być tworzenie fotonowych bramek kwantowych bądź deterministycznych urządzeń sortujących fotony, niezbędnych na przykład we wzmacniaczach kwantowych.
Czytaj też: Procesory kwantowe ulepszone ponad 100 razy. Australijczycy wyznaczają nowe standardy
Inna autorka badań, Hanna Le Jeannic, dodaje, że na poziomie fundamentalnym ona i jej współpracownicy próbują zrozumieć, w jaki sposób stany kwantowe światła wpływają na podróż przez pojedynczą kropkę kwantową. Chcą też wykorzystać nieliniowe oddziaływania między fotonami do symulacji dynamiki wibracyjnej cząsteczek.
