کنترل دامنه و فاز یک فوتون منفرد در داخل یک کاواک ممکن شده است؛ چیزی که کاربردهای امیدبخشی در اطلاعات کوانتومی خواهد داشت.

قطعات ارتباطی کوانتومیِ موجود، اطلاعات را با استفاده از تک‌فوتون‌هایی با پروفایل‌ یا «شکل‌»های متغیر زمانی منتقل می‌کنند. اما در دوقطعه‌ای که از فوتون‌هایی با شکل متفاوت برای ارتباط استفاده می‌کنند، قطعه‌ی دریافت‌کننده بایستی فوتون فرودی را به یک شکل سازگار تبدیل کند. برای این منظور اولیویر مورین (Olivier Morin) و همکارانش در موسسه‌ی ماکس پلانک اپتیک کوانتومی در آلمان نشان داده‌اند که می‌توان شکل یک تک‌فوتون را طی اندرکنش‌هایی که با اتمی که درون کاواک اپتیکی می‌کند، تغییر داد.

این پژوهش‌گران ابتدا یک اتم روبیدیوم را در داخل کاواک به دام انداخته‌اند. سپس از یک پرتوی لیزری که به طور موقت الگوگذاری شده است برای تنظیم اندرکنش مابین اتم و تک‌فوتونی که به داخل کاواک وارد می‌شود، استفاده کرده‌اند. این محققان از یک مدل نظری جهت تعیین جبهه‌ی موج لیزری ویژه که برای جذب فوتون توسط اتم نیاز است، استفاده کرده‌اند. فرآیند مشابهی می‌تواند باعث شود تا اتم، فوتونی را با شکل خاصی گسیل کند. پژوهش‌گران با ترکیب این عملیات یک فوتون را از یک شکل به شکل دیگر تبدیل کرده‌اند.

مورین و همکارانش در نمایشی قادر شده‌اند تا پهنای زمانی فوتون ورودی را از ۵۰۰ میکروثانیه به تنها ۵/۰ میکروثانیه و برعکس تغییر دهند. آن‌ها همچنین دامنه و فاز پالس را بر برابر جبهه‌ی موج یک لیزر مرجع تایید کرده‌اند. به بیان این پژوهش‌گران سیستم آن‌ها می‌تواند به برقراری اینترنت کوانتومی آینده با اتصال قطعاتی با فوتون‌های ناسازگار کمک کند.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز انتشار یافته است.

نویسنده:

سوفیا چن (Sophia Chen) نویسنده‌ی آزاد علمی در توسانِ آریزوناست.

منبع:

How to Shape a Single Photon