Сотрудники факультета электротехники Стэнфордского университета под руководством проф. Елены Вукович (Jelena Vuckovic) разработали прототип логического устройства, осуществляющего взаимодействие отдельных фотонов. Статья опубликована в последнем номере журнала Science.

Американские исследователи создали квантовую точку внутри фотонного кристалла, введя в сферическую полость в арсениде галлия микроскопический шарообразный фрагмент из арсенида индия. Полученное таким образом устройство оказалось способным к захвату фотонов, которые взаимодействуют между собой на квантовой точке.

В отличие от предыдущих подобных попыток, где использовались сложные системы захвата фотонов и наблюдения их взаимодействия, ученым удалось создать систему, где они смогли продемонстрировать взаимодействие двух фотонов в одной квантовой точке. К тому же, стоит отметить, что материалы и способы их использования давно освоены микроэлектронной промышленностью.

Логический вентиль в цифровых схемах выполняет элементарную логическую операцию, итогом которой является преобразование множества входных логических сигналов в выходной логический сигнал. Например, одна из операций может состоять в том, что на выходе будет "1" в том случае, если оба входных сигнала также равны "1", и "0", если один из входных сигналов равен "0". Аналогичным образом квантовый фотонный вентиль должен определять свойства поступающих в него фотонов из двух источников и выдавать на выходе фотон с одним из двух возможных вариантов поляризации.

Эксперимент, описанный в статье американских ученых, заключался в том, что сначала на квантовую точку направляли один поток фотонов, при этом на квантовой точке происходило поглощение и переизлучение фотонов без какого-либо изменения их свойств. Однако при облучении квантовой точки двумя потоками ситуация меняется - если сначала в нее попадает "контрольный" поток, то затем, после попадания в нее "сигнального" потока, время пребывания фотонов внутри квантовой точки изменяется, что соответствует возникновению фазового сдвига между контрольным и сигнальным потоком или повороту плоскости поляризации.

В эксперименте был достигнут фазовый сдвиг 12,6 градуса. Это пока далеко до 180 градусов, соответствующих изменению поляризации на противоположное, что является обязательным условием для работы квантового логического вентиля. Исследователи считают, что решить проблему можно путем размещения последовательности нескольких квантовых точек, которые в совокупности смогут обеспечить требуемый фазовый сдвиг. Того же эффекта можно будет добиться при совершенствовании технологии получения квантовых точек и точности их позиционирования внутри кристалла.