Første kvantehukommelse, der registrerer formen på en enkelt foton, afsløret i Kina

Fotoner er arbejdshestene i moderne kommunikation. På nuværende tidspunkt bærer de generelt information i lysimpulser bestående af mange fotoner, men fysikere er allerede i stand til at bruge enkelte fotoner i stedet for at indkode data i selve deres struktur.

En måde at gøre dette på er at bruge fotonens orbitale vinkelmomentum, et mål for dens helicitet. Så i stedet for at rejse som en almindelig flad bølge, kan fotonen opfattes som en helix med venstre- eller højrehåndethed, der er snoet i varierende grad.

Fysikere kan bruge denne håndfasthed og mængden af ​​twist til at indkode data i selve fotonens form og struktur. Dette har store fordele i forhold til den måde, fysikere udnytter fotoner på i dag.

Den konventionelle måde, fysikere gør dette på, er at bruge polarisering. En foton kan have to distinkte polarisationstilstande - enten vandret eller lodret. Det er ligetil at oprette fotoner i den ene eller den anden tilstand og bruge dette til at kode data.

Den store fordel ved orbital vinkelmomentum er, at en foton kan produceres i et uendeligt antal forskellige tilstande af håndhed og snoethed. Det betyder, at en enkelt foton kan bære en vilkårlig stor mængde information, i princippet mindst.

Så det er ingen overraskelse, at forskere ivrigt udforsker måder at skabe og detektere fotoner med varierende rumlige strukturer, der kan bære information.

Men det, de har manglet, er en måde at gemme disse fotoner på – inklusive deres detaljerede form og struktur – og så frigive dem igen senere.

I dag siger Dong-Sheng Ding og venner ved University of Science and Technology of China i Hefei, at de har løst dette problem for første gang.

Disse fyre har genereret en enkelt foton med en kompleks rumlig struktur, lagret den foton i en sky af rubidium-atomer og derefter frigivet den op til 400 nanosekunder senere. I deres eksperiment sammenligner de strukturen af ​​de fotoner, der kommer ud af lageret, med strukturen af ​​de fotoner, der går ind og siger, at de er mere eller mindre identiske. Fotonens rumlige struktur er meget godt bevaret, siger de.

Det er et potentielt vigtigt fremskridt. Andre grupper har gjort lignende forsøg på at lagre fotoner på denne måde, men kun ved at bruge laserstråler så svage, at de sandsynligvis indeholder en enkelt foton på ethvert tidspunkt. Der er dog ingen måde at være sikker på, at eksperimenterne bestemt involverer enkelte fotoner.

Dong-Sheng og co forbedrer dette ved at skabe deres fotoner individuelt ved hjælp af en proces kendt som spontan firebølgeblanding. Det betyder, at de kan være sikre på, at eksperimenterne involverer enkelte fotoner i stedet for et ensemble af dem. Vi rapporterer om den første eksperimentelle realisering af lagring af en ægte enkelt foton, der bærer en orbital vinkelmomentum i et koldt atomare ensemble, siger de.

Evnen til at lagre og frigive enkelte fotoner er en af ​​de muliggørende teknologier for et kvanteinternet. Disse kvantelagringsenheder er nøglen til kvanteroutere. Det er klart, at minder, der kan bevare fotonernes rumlige struktur, vil gøre denne form for router, og det internet, den giver mulighed for, langt mere fleksibel og dygtig.

Selvfølgelig vil de teknologier, der ender med at skabe fremtidens kvanteinternet, afhænge af mange andre faktorer, hvoraf ikke mindst vil være en betydelig klat held. Men i betragtning af de talrige fremskridt på dette område, som kinesiske laboratorier har gjort i de senere år, ville kun et fjols vædde på, at kinesisk teknologi spiller en væsentlig rolle i den måde, vi kvantekommunikerer på i fremtiden.

Ref: http://arxiv.org/abs/1305.2675 : Enkeltfoto-niveau kvantebilledhukommelse baseret på kolde atomensembler

skjule