Представлена концепция однофотонного транзистора

Совместная работа американских и датских физиков, опубликованная в Nature, представила общий план создания оптического устройства, которым можно управлять с помощью единственного фотона. Подобные устройства являются аналогом транзистора, только поток элек

Устройство еще предстоит создать, однако уже ясно, что это вполне реальная задача. Концепция будущего "однофотонного транзистора" предусматривает использование одного атома, который контролирует прохождение отдельных фотонов с помощью очень тонкого металического провода (диаметром порядка нескольких нанометров).

Обычно для управления потоком фотонов используется другой поток, а не отдельный фотон, поскольку одиночные фотоны взаимодействуют друг с другом крайне редко. Для воздействия на отдельный фотон нужно каким-либо образом его ограничить, для этого применяют квантовые точки или даже отдельные атомы в оптическом резонаторе.

Д-р Михаил Лукин и его коллеги из Гарвардского университета, а также группа ученых из университета им. Нильса Бора в Копенгагене разработали новый подход для создания сильного нелинейного взаимодействия на уровне отдельных фотонов. Если направить фотоны к поверхности нанопровода, в нем образуются плазмоны - квазичастицы, возникающие при квантовании колебаний электронного газа внутри металлического проводника.

Гарвардские ученые провели теоретический расчет и установили, что при нахождении отдельного атома вблизи поверности нанопроводника он поглощает образующийся плазмон и переходит в возбужденное состояние. Если теперь такой отдельный атом облучать фотонами, он не сможет поглощать их энергию, и фотоны будут беспрепятственно распространяться. Это состояние соответствует открытому транзистору. "Закрыть" транзистор можно с помощью другого одиночного импульса, который дезактивирует возбужденное состояние атома, при этом снова генерируется плазмон в нанопроводе.

У нового способа управления фотонами есть существенные преимущества по сравнению с известными вариантами, использущими оптические резонаторы, которые, в отличие от нанопроводников, настроены только на определенные резонансные частоты. У нанопроводников, напротив, есть возможность работать в широком диапазоне длин волн.

Когда подобные устройства будут созданы, они найдут применение в качестве детекторов отдельных фотонов в системах оптической связи. Другое направление их применений - квантовые логические устройства в будущих квантовых компьютерах. Для создания реальных устройств необходимо подобрать атомы, сильно взаимодействующие с плазмонами, и, кроме того, необходимо разработать устройства сопряжения нанопроводов с оптоволоконными кабелями.