Иван Сапрыкин
Два фотона разной частоты, проходящих по волноводу, взаимодействуют друг с другом. Иллюстрация Physorg
В этом году химик Барри Шарплесс продолжил традицию двукратного награждения Нобелевской премией. Весьма ограниченное членство клуба избранных – химики Фредерик Сенгер и Лайнус Полинг (вторая – премия мира), а также физик Джон Бардин – за первый транзистор и вместе с Джоном Шрайфером и Леоном Купером – за теорию сверхпроводимости при сверхглубоком охлаждении. Главной при этом является так называемая куперовская пара электронов, которая не реагирует на окружающую ее материю, что и позволяет ей быстро двигаться в среде, не теряя энергии.
В обычных классически детерминистских условиях движение электронов довольно хаотично. Они сталкиваются с окружающими атомами, теряя энергию, которая деградирует и превращается в тепло, что и приводит зачастую к коротким замыканиям в силу перегрева сетей. Тем не менее инженеры давно научились использовать нагревание для создания электронагревательных приборов и с помощью тугоплавкого вольфрама потока света, или фотонов. Свет генерируется за счет возбуждения электронов, поднимающихся на более высокий энергетический уровень, после чего очень быстро релаксируют, испуская фотоны и возвращаясь на исходный уровень.
Свет, или поток фотонов, получают также, возбуждая атомы ртути в вакуумных трубках люминесцентных или энергосберегающих ламп, которые практически не нагреваются.
Обитатели морских и океанических глубин, куда солнечный свет не доходит, используют особые протеины, которые после поступления в клетки ионов кальция также генерируют фотоны. В процессе биолюминесценции используется также окисление жироподобного люциферина ферментом люциферазой. Делают это зачастую микробы-симбионты.
Фотон, представляющий собой так называемый волновой пакет (wave-packet) определенной длины волны, сочетает в себе свойства волны и частицы и намного предпочтительнее электрона. Он является носителем «родового порока» генерации паразитического тепла, из-за которого электронные устройства не могут быть тонкими, как лист бумаги.
И все бы хорошо, если бы не свойства квантов света, которые быстро «угасают», теряя энергию, и не взаимодействуют друг с другом. Это затрудняет создание светового компьютера. Но похоже, что «светофизики» университетов Копенгагена, Бордо и Рурского в г. Бохуме, а также Института фундаментальной физики в Мадриде смогли преодолеть одно из препятствий. Успех базируется на результатах работы 2015 года, когда был использован источник-эмиттер одиночных фотонов, проистекающих от полупроводниковой квантовой точки.
К этому сегодня добавлен специально созданный волновод, в котором удалось контролировать прохождение одного фотона с помощью другого, следствием чего и стало давно искомое взаимодействие фотонов. Но даже два взаимодействующих друг с другом фотона не могут решить проблем квантовой коммуникации.
Это можно сравнить с ситуацией, касающейся квантовых компьютеров, в которых используются не электронные транзисторы, страшно греющиеся, а квантовые биты информации, или кубиты. Да, квантовые компьютеры работают, но их нужно охлаждать, что требует пространства и становящейся все более дорогой энергии. Поэтому последним достижением является компьютер со всего лишь 100 кубитами, что очень мало.
Примерно о том же пишут в журнале Nature Physics и авторы, создавшие нанофотонные волноводы. Они указывают на необходимость использования для надежной коммуникации большого числа фотонных кубитов. Ведь известно, что эффективность связи определяется относительной избыточностью ее элементов. Тот же принцип наблюдается и в мозге, в котором довольно быстро восстанавливается травматический или инсультный дефицит. Можно вспомнить и голографию, сохраняющую изображение даже в небольшом кусочке голограммы.
