Физики из Университета Падерборна разработали новую концепцию генерации отдельных фотонов — мельчайших частиц света, составляющих электромагнитное излучение — с заданными свойствами, контролируемое манипулирование которыми имеет фундаментальное значение для фотонных квантовых технологий. Результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.

Профессор Артур Зреннер, глава исследовательской группы «наноструктурная оптоэлектроника», объясняет, насколько сложной задачей до сих пор были индивидуальные желаемые состояния: «Соответствующие источники обычно основаны на излучении света от отдельных полупроводниковых квантовых излучателей, которые генерируют фотоны. Здесь свойства испускаемых фотонов определяются фиксированными свойствами квантового излучателя и, следовательно, не могут контролироваться с полной гибкостью».

Чтобы обойти эту проблему, ученые разработали полностью оптический нелинейный метод адаптации и контроля излучения одиночных фотонов. Основываясь на этой концепции, они демонстрируют управляемую лазером настройку энергии и управление поляризацией фотонов (то есть частотой света и направлением колебаний электромагнитных волн).

Профессор Стефан Шумахер, физик из Падерборна, который также участвовал в исследовании, говорит, что они «создали управляемый лазером процесс преобразования с понижением частоты из возбужденного состояния полупроводникового квантового излучателя в виртуальное промежуточное состояние, что привело к испусканию одиночных фотонов.»

Цреннер считает, что полученные результаты знаменуют собой важный шаг на пути к индивидуальному излучению одиночных фотонов из фотонной квантовой системы, основанной на принципах квантовой оптики.