Учёные впервые описали эффект квантового волнового смешения

В своей новой работе коллектив учёных из МФТИ, Сколтеха, Лондонского университета и Национальной физической лаборатории Великобритании развивает выводы, полученные ими в ходе более ранних исследований, целью которых была разработка однофотонного микроволнового источника и генерация квантовой суперпозиции одного и нуля фотонов.

Для осуществления этих задач учёные использовали специальные микроскопические устройства — искусственные атомы, для которых характерны квантовые свойства. Такие атомы могут выполнять как функции кубитов в квантовых вычислениях, так и использоваться для изучения фундаментальных физических законов. Преимущество этих атомов в том, что их можно разместить на микросхеме, подключить к активным элементам и внешней среде.

В новом исследовании учёные использовали исскуственные атомы для изучения взаимодействия света и материи. Особенно их интересовал эффект волнового смешения. В случае классического светового излучения при этом эффекте два периодически повторяемых световых импульса, излучаемых на различных, но близких друг к другу частотах, движутся вместе и рассеиваются на искусственном атоме. Рассмотрев этот процесс, исследователи получили схему распределения вероятностей обнаружения фотонов разных частот.

После этого учёные решили проверить, что произойдёт, если один из исходных импульсов заменить на неклассический — например, импульс сжатого света или полуфотонный импульс. Полученное в итоге состояние света представляет собой суперпозицию одного — нуля фотонов. В 50% случаев идеальный детектор распознаёт такую волну как одиночный фотон, тогда как в остальных 50% — как вакуум.

Результаты экспериментов позволили учёным подготовить первое теоретическое описание эффекта волнового смешения с участием неклассического светового импульса. В дальнейшем это описание поможет не только лучше понять квантовую природу света, но и пополнить комплекс знаний, необходимых при создании квантовых компьютеров.

Фото: Павел Одинев/Сколтех