«Вспомните ковбойские дуэли в вестернах. Например, два стрелка начинают стрелять строго по бою часов. Побеждает обычно тот, кто выстреливает первым. Ценой за промедление является жизнь. Точно так же для квантовых устройств жизненно важно генерировать фотоны по требованию, в строго определённые моменты времени», — объясняет Дмитрий Федянин, физик из Московского физико-технического института в Долгопрудном, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Надежные источники одиночных фотонов считаются одним из важнейших компонентов квантовых вычислительных устройств. Такие устройства необходимы для передачи информации между отдельными узлами квантового компьютера, без чего их промышленное применение будет невозможным. Как правило, большинство существующих разработок такого рода работает лишь при температурах, близких к абсолютному нулю, что сильно ограничивает сферу их применения.
Год назад Федянин и его коллеги сделали первый шаг к решению этой проблемы в прошлом году, создав источник одиночных фотонов на базе так называемых «дефектных» алмазов, драгоценных камней, содержащих в себе вкрапления одиночных атомов азота и других химических элементов.
Несмотря на важность этого открытия, сразу ученые им воспользоваться не могли, так как они не понимали, как возникают фотоны внутри алмаза и поэтому не знали, как можно управлять их поведением. Это важно не только для создания квантового компьютера, но и для применения подобных алмазных фотонных «пушек» в системах передачи данных, защищенных от взлома законами квантовой механики.
Федянин и его коллеги по МФТИ и ученые из университета Зигена (Германия) приблизились к пониманию принципов работы таких алмазных «револьверов», создав компьютерную модель такого излучателя и набор формул, описывающих поведение атомов и электронов в дефектах, где рождаются одиночные частицы света.
Как рассказывают ученые, они работают почти так же, как и настоящие револьверы. Роль курка в них играет так называемая «дырка» — особый регион в кристаллической решетке алмаза, где господствует частичный положительный заряд. «Дырка» и «дефект» постоянно меняются электронами, взаимодействуя подобно курку и капсюлям в патронах револьвера, порождая в процессе этого обмена одиночные фотоны.
То, как быстро работает этот «курок», зависит от того, как много электронов присутствует в окрестностях дырки и как быстро она может захватывать их. Это, по словам Федянина, позволяет очень точно подбирать скорость производства одиночных фотонов и то, какими свойствами они будут обладать. Все это, как считают ученые, заметно облегчит и ускорит разработку систем передачи квантовой информации, использующих подобные алмазные «револьверы» для передачи данных.
Источник: РИА Новости