С точностью до одного фотона

Воздействие парных аттосекундных импульсов фотонов (фиолетовый и зеленый) на атом кислорода в молекуле воды, испускающий электрон (желтый).

Считается, что поначалу сильные мира сего использовали полированные камни – например, изумруды, – чтобы поспособствовать зрению. Позже венецианские мастера овладели технологией получения стекол, из которых, помимо всего прочего, стали делать линзы («чечевички»), названные так по форме чечевичного зерна, которое плоское снизу и выпуклое сверху. Линзы стали вставлять в особый держатель, позволявший поднести стеклышко к самому носу, чтобы лучше видеть. Одной из таких линз пользовался торговец сукном Антонии Левенгук, определявший качество материала, а заодно рассматривавший через нее «зверушек» – анималькулей, как он их называл. Вполне заслуженно Левенгук и считается отцом микроскопии.

Много позже, уже в наши дни, выяснилось, что размещение на плоской пропускающей свет поверхности наноструктур кардинально меняет свойства «линз». Такие измененные объекты стали называть металинзами. Поверхность металинзы может представлять собой ряды прямоугольных наностолбиков, от высоты и расположения которых зависит характер и форма генерируемых импульсов света.

Скоро уже 20 лет как был открыт графен, представляющий собой монослой углеродных атомов, образующих шестиугольные (гексагональные) кольца. Этот материал подтолкнул ученых на поиски других сходных по структуре 2D-материалов. При этом одним из самых перспективных оказался гексагональный нитрид бора (hBN). Сочетание нитрида бора с металинзой позволяет манипулировать эмиссией квантов света с разной длиной волны и формой.

Металинза на нитриде бора генерирует кванты света.

В Иерусалиме сделали шаг в направлении интеграции одиночных фотонов на чипе с целью получения гибридной системы металл-диэлектрик, при этом второй служит в качестве антенны. Авторы получили два варианта, использовав квантовые точки или центры в наноалмазе с кремниевой вакансией. Они сообщают о достижении 70-процентной эффективности представленной «комбинаторики».

Подобные разработки идут рука об руку с технологиями создания еще более точных атомных часов, которые необходимы не только для метрологии. Очередного уточнения хода атомных часов добились сотрудники Калифорнийского технологического института в Лос-Анджелесе. Они использовали результаты работы своих коллег в соседнем Беркли, добившихся большого успеха в уменьшении нестабильности оптической решетки, в ячейках которой удерживаются атомы стронция-87.

Сегодня широко используются часы с фемтосекундным разрешением (10–15 с). Но для решения многих физических проблем уже давно нужно использование аттосекундных импульсов (10–18 с). С их помощью удалось, в частности, измерить ответ электрона в виде его движения под действием парных импульсов, направленных на одиночную молекулу воды.

Одиночные фотоны регистрируются на сверхпроводящем чипе.  Иллюстрации Physorg

Лаборатория в американском Лос-Аламосе сообщила о возможности получения контролируемых токов электронов. Это можно использовать для направленного переноса энергии и информации. Достигнуто это было путем трансформации видимого света в широкополосное терагерцовое излучение.

К этому можно добавить сообщение о получении в шанхайском Институте микросистем сверхпроводящих чипов для регистрации одиночных фотонов. В Шанхае получили впечатляющую достоверность использования четырех и шести фотонов – 98% и 90% соответственно. Затем китайцы подтвердили достигнутый результат на примере квантового генератора когерентных состояний, которые устойчивы к внешним воздействиям и хакерским атакам. Безусловно, это очень важно в свете развития квантовых компьютеров и информатики.