Вчені з університету ETH Zurich та Інституту вивчення світла Макса Планка (Max Planck Institute for the Science of Light) домоглися реалізації передачі окремих фотонів світла між двома молекулами, що виступали одночасно у ролі передавальних і приймаючих антен. Здатність передавати окремі фотони світла є ідеальним рішенням для використання в областях квантових комунікацій, квантової криптографії або у квантових комп'ютерах.

Індивідуальні частинки світла, фотони, є засобом передачі квантової інформації, кубітів. Це вже використовується у квантовій криптографії, де окремі фотони виступають як носії інформації, що неможливо перехопити або зчитати стороннім обладнанням без руйнування самої інформації або спрацювання сигналізації про несанкціонований доступ. Такі рішення досить широко застосовуються в обміні даними між банками та іншими фінансовими установами.

Одиничний фотон так само "непомітний" для молекули, як і для людського ока. У більш ранніх експериментах вчені-фізики розміщали атоми або молекули між двома малюсінькими дзеркалами. Одиничні фотони відбивалися від цих дзеркал незліченну кількість разів, що дозволяло збільшити у багато разів імовірність того, що атом "помітить" фотон і поглине його. Для того, щоб зробити все те ж саме, але без використання дзеркал, вченим довелося застосувати кілька оригінальних фізичних прийомів.

По-перше, дослідники розмістили єдину молекулу барвника DBATT (dibenzanthanthrene) між шарами молекул інших органічних матеріалів. Потім два таких "пакети", що містили молекули барвника, були рознесені на відстань кілька метрів і з'єднані оптоволоконним кабелем.

Наступним кроком був точний вибір молекули-передавача, "повідомлення" від якої могло бути прийняте на іншому кінці комунікаційного каналу. "Це означає, що передавальна молекула повинна випустити фотон точно такого ж кольору, який може бути поглинений тільки молекулою-приймачем" - пояснює професор Штефан Гецінгер (Professor Stephan Gotzinger).

Температурні коливання молекул приймача і передавача були зведені до мінімуму за допомогою зниження температури до значення -272 градусів Цельсія, тобто практично до абсолютного нуля.

Молекулу на одному кінці перетворили у передавач, освітивши її світлом лазера. У результаті ця молекула почала виробляти ланцюжок з одиничних фотонів, які були сфокусовані за допомогою лінзи та введені в оптичне волокно. Молекула-приймач на іншому кінці виявилася здатною поглинути тільки три відсотки переданих фотонів, перевипромінюючи поглинені після цього фотони з невеликою затримкою. І ця затримка, що залежить від параметрів фотону, може виступати як носій переданої та прийнятої інформації.

Поки вченим вдалося реалізувати щось на зразок однобічного комунікаційного радіоканалу. "Але найближчим часом ми збираємося змусити фотон кілька разів пройти шлях туди і назад між двома молекулами" - пояснює професор Гецінгер. - "Такий зв'язок міцно б заплутав на квантовому рівні ці дві молекули, що дозволило б використовувати їх для високошвидкісного обміну даними у квантових комп'ютерах і зашифрованих каналах передачі даних".

Джерело: InfoNova.org.ua

За матеріалами: dailytechinfo.org