Однофотонный источник будет светить ярче

Группа исследователей из Калифорнийского университета в г. Санта-Барбара под руководством проф. Дирка Боумистера (Dirk Bouwmeester), проф. Пьера Петроффа (Pierre Petroff) и проф. Ларри Колдрена (Larry Coldren) разработала генератор единичных фотонов, излучающий 31 млн. фотонов в секунду. Это в пять раз выше предыдущего рекорда.

В статье, опубликованной в декабрьском номере Nature Photonics, подробно описан способ генерации и подробности эксперимента. В основе нового достижения - особая форма оптического микрорезонатора, который собирает фотоны, излучаемые отдельными квантовыми точками, а также электрический затвор, контролирующий скорость генерации фотонов в полупроводниковом материале квантовых точек.

Микрорезонатор собирает фотоны в очень узкой зоне рядом с квантовой точкой, что и заставляет носители зарядов в квантовых точках излучать фотоны с большей скоростью. Для получения такого эффекта микрорезонаторы должны иметь точно заданные геометрические характеристики. Геометрия микрорезонатора, как выяснилось в ходе эксперимента, определяет и поляризацию излучаемого света. Было, в частности, установлено, что, меняя напряжение на полупроводнике, можно менять и поляризацию единичного фотона, что особенно важно в системах квантовой криптографии, где поляризация будет соответствовать логическому нулю или единице.

Ученым удалось в ряде экспериментов добиться даже скоростей излучения в 116 млн. фотонов в секунду, однако этот результат получился в неконтролируемых условиях. Тем не менее, ученые считают, что это вполне реальная цифра для следующего рекорда. Теоретически возможное значение скорости излучения определяется временем жизни возбужденного состояния квантовой точки - от 0,1 до 1 нс. Это соответствует скорости генерации от 1 до 10 млрд. фотонов в секунду.

Для практического использования полученных результатов потребуется решение целого ряда проблем, важнейшая из которых - переход от режима генерации в криогенных условиях к режиму при комнатной температуре, сообщает PhysOrg.