211service.com
Första kvantminnet som registrerar formen på en enda foton avtäckt i Kina
Fotoner är arbetshästarna för modern kommunikation. För närvarande bär de vanligtvis information i ljuspulser som består av många fotoner, men fysiker kan redan använda enstaka fotoner istället och koda data i själva strukturen.
Ett sätt att göra detta är att använda fotonens omloppsrörelsemängd, ett mått på dess helicitet. Så istället för att resa som en vanlig platt våg, kan fotonen ses som en helix med vänster- eller högerhänthet som är vriden i olika grad.
Fysiker kan använda denna handenhet och mängden vridning för att koda data i själva formen och strukturen av själva fotonen. Detta har stora fördelar jämfört med hur fysiker utnyttjar fotoner idag.
Det konventionella sättet fysiker gör detta på är att använda polarisering. En foton kan ha två distinkta polarisationstillstånd – antingen horisontellt eller vertikalt. Det är enkelt att skapa fotoner i det ena eller det andra tillståndet och använda detta för att koda data.
Den stora fördelen med orbital vinkelmomentum är att en foton kan produceras i ett oändligt antal olika tillstånd av handedness och vridning. Det betyder att en enskild foton kan bära en godtyckligt stor mängd information, i princip åtminstone.
Så det är ingen överraskning att forskare ivrigt undersöker sätt att skapa och detektera fotoner med olika rumsliga strukturer som kan bära information.
Men vad de har saknat är ett sätt att lagra dessa fotoner – inklusive deras detaljerade form och struktur – och sedan släppa dem igen senare.
Idag säger Dong-Sheng Ding och kompisar vid University of Science and Technology i Kina i Hefei att de har knäckt det här problemet för första gången.
Dessa killar har genererat en enda foton med en komplex rumslig struktur, lagrat den fotonen i ett moln av rubidiumatomer och sedan släppt den upp till 400 nanosekunder senare. I sitt experiment jämför de strukturen hos de fotoner som kommer ut ur lagringen med strukturen hos de fotoner som går in och säger att de är mer eller mindre identiska. Fotonens rumsliga struktur bevaras mycket väl, säger de.
Det är ett potentiellt viktigt framsteg. Andra grupper har gjort liknande försök att lagra fotoner på detta sätt men bara genom att använda laserstrålar så svaga att de förmodligen innehåller en enda foton när som helst. Det finns dock inget sätt att vara säker på att experimenten definitivt involverar enstaka fotoner.
Dong-Sheng och co förbättrar detta genom att skapa sina fotoner individuellt, med hjälp av en process som kallas spontan fyravågsblandning. Detta betyder att de kan vara säkra på att experimenten involverar enstaka fotoner snarare än en ensemble av dem. Vi rapporterar om den första experimentella realiseringen av att lagra en äkta enskild foton som bär en rörelsemängd i en kall atomär ensemble, säger de.
Möjligheten att lagra och frigöra enstaka fotoner är en av de möjliggörande teknologierna för ett kvantinternet. Dessa kvantlagringsenheter är nyckeln till kvantroutrar. Det är klart att minnen som kan bevara fotonernas rumsliga struktur kommer att göra den här typen av router, och internet som den ger, mycket mer flexibel och kapabel.
Naturligtvis kommer de teknologier som i slutändan skapar framtidens kvantinternet att bero på många andra faktorer, inte minst som kommer att vara en betydande klick tur. Men med tanke på de många framsteg på detta område som kinesiska laboratorier har gjort under de senaste åren, skulle bara en dåre satsa mot att kinesisk teknologi spelar en betydande roll i hur vi kvantkommunicerar i framtiden.
Ref: http://arxiv.org/abs/1305.2675 : Kvantbildsminne på en fotonivå baserat på kalla atomensembler