محققان به تازگی دریافته‌اند که یک کوانتوم دات که درون یک میکروکاواک استوانه‌ای (micropillar) قرار داده شده است، می‌تواند منبع خالص و تمیزناپذیر تک فوتون‌ها به شمار رود.

فن‌آوری‌های وابسته به کوانتوم فوتونیک به منابع نوری‌ای نیازمند‌اند که ناشی از تابش تک فوتون‌ها است. 3 پیش‌فرض لازمه‌ی وجود چنین منبعی است : 1- خلوص (این منابع باید فقط و فقط یک فوتون در هر لحظه منتشر کنند)، 2- تمیز ناپذیری (تمامی فوتون‌ها باید یکسان باشند. برای مثال بسامد و قطبش یکسان داشته باشند) و 3- راندمان. سه ویژگیِ فوق، تاکنون بطور همزمان در یک دستگاه جمع نشده بود اما اکنون، چاو یانگ لو (Chao-Yang Lu) از دانشگاه علم و فن آوری شانگهای چین و همکارانش، موفق شده‌اند منبع تک فوتونی که تمامی خصوصیت‌های مورد نظر را داشته باشد ایجاد کنند.

در طرح آن‌ها، از پالس‌های لیزر فروسرخ برای برانگیختن و ایجاد تشدیدِ الکترونیکیِ یک کوانتوم داتِ نیمرسانا استفاده می‌شود. این کار موجب گسیلِ تک فوتون با بسامد فروسرخ خواهد شد. لو و همکارانش در ابتدا موفق شدند با استفاده از طراحی‌ای که در آن کوانتوم دات وجود داشت، به بازدهی 6 درصدی دست پیدا کنند. اما اکنون موفق شده‌اند که مقدار بازدهی را تا 66 درصد افزایش دهند. محققان در طرحِ جدید، از اثر پورسل (Purcell effect) بهره می‌گیرند. در این طرح، با استفاده از قرار دادن کوانتوم دات در یک میکروکاواک استوانه‌ای که بسامدِ تشدید آن با کوانتوم دات تطابق دارد، نرخ گسیل را افزایش می‌دهند. همچنین، این محفظه بصورت موثر، گسیلِ حاصل از کوانتوم دات را در یک فیبر تک مد جمع می‌کند. این وسیله در آزمایش تجربی، 3.7 میلیون فوتونِ خالص و تمیز ناپذیر در هر ثانیه گسیل می‌کند.

طرح فوق می‌تواند اساس کارِ یک ماشین "نمونه‌برداری بوزون" (boson-sampling machine) باشد. این ماشین یک وسیله‌ی کوانتومی است که قادر به انجامِ مسائلِ محاسباتی معین در مدت زمانی کمتر از کامپیوتر‌های معمولی است. نویسندگان این مقاله معتقدند که ماشینِ نمونه‌برداریِ بوزون قادر است با استفاده از چند-ده تا از چنین تک فوتون‌های بی عیب و نقصی، کارهایی که بهترین رایانه‌های شخصی موجود در بازار انجام می‌دهند را با بازدهی بیشتری انجام دهد.

سمت چپ : (Sven Höfling and Christian Schneider) دانشگاه ورزبورگ. سمت راست : (Niels Gregersen) دانشگاه فنی دانمارک

این کار تحقیقاتی در Physical Review Letters چاپ شده است.

منبع :

http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.116.020401