دستگاهی که حالت‌های فوتونی را مرتب می‌کند، می‌تواند به یک جزء اصلی از کامپیوترهای کوانتومی تمام-نوری منجر شود.

کنترل برهمکنش‌های بین فوتون‌ها می‌تواند به فناوری‌های جدیدی از جمله رایانه‌های کوانتومی تمام-نوری بیانجامد. ریچارد واربرتون Richard Warburton و همکارانش از دانشگاه بازل سوئیس با برداشتن گامی به سوی این هدف، دستگاهی را ارائه داده‌اند که ورودی آن یک لیزر ضعیف و خروجی اش جریانی از فوتون‌های منفرد از یک درگاه و گروه‌هایی از فوتون‌های چندتایی از درگاهی دیگر است [1]. توانایی جداسازی حالت‌های تک فوتونی از حالت‌های چند فوتونی می‌تواند به یک دروازه منطقی فوتونیکی در کامپیوتر کوانتومی منجر شود. به عنوان مثال، حالتهای دو فوتون مستقل که وارد چنین دروازه ای می شوند می تواند تعیین کند که آیا آن‌ها به طور مستقل یا به عنوان یک واحد دو فوتونی خارج می شوند.

این دستگاه حاوی جزیره ای نیمه هادی به پهنای 20 نانومتر (یک نقطه کوانتومی) است که در یکی از دو دیوار بازتابنده یک کاواک نوری تعبیه شده است. نور از طریق دیوار مقابل که نیمه شفاف است وارد کاواک شده و از آن خارج می شود. نور لیزر ضعیف ورودی را می توان ترکیبی از تک فوتون ها، جفت فوتون ها، فوتون های سه تایی و غیره در نظر گرفت. نقطه کوانتومی، همانند یک اتم، یک فوتون منفرد که انرژی اش با تفاوت دو تراز انرژی آن مطابقت دارد را جذب می کند و سپس فوتونی با همان انرژی ساطع می کند. اما اگر دو یا چند فوتون وجود داشته باشد برهمکنش تغییر می کند که، در این چیدمان، قطبش حالت خروجی را تغییر می دهد. با هدایت این خروجی به یک شکافنده پرتوی حساس به قطبش، دستگاه بر اساس تعداد فوتون‌هایی که با نقطه کوانتومی برهمکنش می‌کنند، درگاهی را که نور خروجی از آن ساطع می‌شود انتخاب می‌کند.

با تجزیه و تحلیل خروجی چند فوتونی، این گروه به اصطلاح تابع همبستگی مرتبه دوم را تعیین کرد که معیاری برای «انباشتگی» فوتون‌ها - اساساً عدم وجود حالت‌های تک فوتونی- است. آنها مقدار 587 را پیدا کردند، در حالی که بالاترین مقدار در آزمایش های قبلی حدود 20 بود.

-1Analyzing the multiphoton output, the team determined the so-called second-order correlation function, a measure of the “bunching” of photons—essentially, the absence of single-photon states. They found a value of 587, whereas the highest value from previous experiments was about 20.

منبع:

Photon “Sifter” Separates Single Photons from Multiphoton States