Azərbaycanca AzərbaycancaБеларускі БеларускіDansk DanskDeutsch DeutschEspañola EspañolaFrançais FrançaisIndonesia IndonesiaItaliana Italiana日本語 日本語Қазақ ҚазақLietuvos LietuvosNederlands NederlandsPortuguês PortuguêsРусский Русскийසිංහල සිංහලแบบไทย แบบไทยTürkçe TürkçeУкраїнська Українська中國人 中國人United State United StateAfrikaans Afrikaans
Підтримка
www.wikidata.uk-ua.nina.az

Джерело одиничних фотонів це джерело світла що випромінює світло у вигляді поодиноких частинок або фотонів Воно відрізня

Джерело одиничних фотонів

Джерело одиничних фотонів

Джерело одиничних фотонів — це джерело світла, що випромінює світло у вигляді поодиноких частинок або фотонів. Воно відрізняється від когерентних джерел світла (лазер) і теплових джерел світла, таких як лампи розжарення. Принцип невизначеності Гейзенберга диктує, що стан з точною кількістю фотонів однієї частоти не може бути створений. Однак стани Фока (або числові стани) можна вивчити для системи, де амплітуда електричного поля розподілена по вузькій смузі пропускання. У цьому контексті однофотонне джерело породжує фактично однофотонний номерний стан. Фотони з ідеального однофотонного джерела мають квантово-механічну характеристику. Ці характеристики включають [en], так що час між двома послідовними фотонами ніколи не менше якогось мінімального значення.

Це зазвичай демонструється за допомогою дільника променя, щоб направити приблизно половину падаючих фотонів на один [en], а половину — на другий. Імпульси від одного детектора використовуються для подачі сигналу «зустрічного старту» швидкому електронному таймеру, а інший, затриманий на відому кількість наносекунд, використовується для подачі сигналу «зупинки лічильника». Повторно вимірюючи час між сигналами «старт» і «стоп», можна сформувати гістограму затримки часу між двома фотонами та кількістю збігів — якщо групування не відбувається, а фотони дійсно розташовані добре, чітко видно виріз навколо нульової затримки.

Історія

Хоча концепція одиничного фотону була запропонована Планком ще в 1900 році, справжнє однофотонне джерело було створено ізольовано лише в 1974 р. Це було досягнуто за допомогою каскадного переходу в межах атомів ртуті. Окремі атоми випромінюють два фотони з різними частотами в каскадному переході, і за допомогою спектральної фільтрації світла спостереження одного фотона може бути використано для оголошення іншого. Спостереження за цими поодинокими фотонами характеризувалось антикореляцією на двох вихідних портах дільника променя подібно до відомого експерименту Хенбері Брауна та Твісса 1956 року.

Інше однофотонне джерело, яке з'явилося в 1977 р., використовувало флюоресценцію від ослабленого пучка атомів натрію. Пучок атомів натрію був ослаблений таким чином, щоб не більше одного або двох атомів одночасно робили внесок у спостережуване флуоресцентне випромінювання. Таким чином, лише поодинокі випромінювачі виробляли світло, і спостережувана флуоресценція виявляла характерну антигрупову дію. Виділення окремих атомів продовжувалось з іонними пастками в середині 1980-х. Один іон міг утримуватися в радіочастотній квадрупольній пастці протягом тривалого періоду часу (10 хв), таким чином, діючи як одиничний випромінювач декількох одиничних фотонів, як в експериментах Дідріха та Вальтера. У той же час почав застосовуватися нелінійний процес спонтанного параметричного розсіяння, і з тих пір і до сьогодні він став робочою конячкою експериментів, що вимагають одиничних фотонів. Досягнення мікроскопії призвели до виділення одиничних молекул наприкінці 1980-х. Згодом одиничні молекули [en] були виявлені в кристалах пара-[en]. Поодинокі молекули почали використовуватись як однофотонні джерела.

Протягом XXI століття виявлені центри дефектів у різних твердих матеріалах, перш за все алмазі, карбіді кремнію та нітриді бору. Найбільш дослідженим дефектом є азотно-заміщена вакансія (АЗВ) в алмазі, яка використовувалася як джерело одиничних фотонів. Ці молекулярні джерела можуть використовувати засоби обмеження світла (дзеркала, мікрорезонатори, оптичні волокна, хвилеводи тощо) для посилення випромінювання центрів АЗВ. Як і АЗВ та молекули, квантові точки (КТ), функціоналізовані вуглецеві нанотрубки, і [en] можуть також випромінювати поодинокі фотони і можуть бути побудовані з тих самих напівпровідникових матеріалів, що і світлоутримуючі структури. Відзначається, що джерела одиничних фотонів на довжині хвилі 1550 нм дуже важливі для оптоволоконного зв'язку, і це в основному КТ арсеніду індію. Однак, створюючи квантовий інтерфейс спонтанного параметричного розсіяння з видимих джерел одиничних фотонів, все одно можна створити одиночний фотон при 1550 нм із збереженим антигрупуванням.

Збуджені атоми та екситони до сильно взаємодіючих рівнів Рідберга запобігають більш ніж одному збудженню над так званим блокуючим обсягом. Невеликі ансамблі і кристали можуть виступати як джерело одиничних фотонів.

Визначення

У квантовій теорії фотони описуються квантуванням електромагнітного випромінювання. Зокрема, фотон — це елементарне збудження нормальної моди електромагнітного поля. Таким чином, однофотонний стан — це квантовий стан моди випромінювання, що містить одне збудження.

Поодинокі моди випромінювання позначаються, серед іншого, частотою електромагнітного випромінювання, яку вони описують. Однак у квантовій оптиці однофотонні стани також відносяться до математичних суперпозицій одночастотних (монохроматичних) мод випромінювання. Це визначення досить загальне, щоб включити фотонні хвильові пакети, тобто стани випромінювання, які певною мірою локалізовані в просторі та часі.

Джерела одиничних фотонів генерують однофотонні стани, як описано вище. Іншими словами, ідеальні джерела одиничних фотонів генерують випромінювання із [en], який має математичне очікування 1 та дисперсію 0.

Характеристики

Ідеальне джерело одиничних фотонів створює однофотонні стани зі 100 % ймовірністю, а оптичний вакуум або багатофотонні стани з імовірністю 0 %. Бажані властивості реальних однофотонних джерел включають ефективність, надійність, простоту реалізації та здатність працювати «на вимогу», тобто генерацію одиничних фотонів у довільно обраний момент часу. Джерела одиничних фотонів, включаючи одиничні випромінювачі, такі як одиничні атоми, іони та молекули, включаючи твердотільні випромінювачі, такі як квантові точки, АЗВ та вуглецеві нанотрубки працюють за запитом.

У даний час існує багато активних наноматеріалів, з яких сконструйовані одиничні квантові випромінювачі, де їх спонтанне випромінювання може бути налаштовано шляхом зміни локальної щільності оптичних станів в діелектричних наноструктурах. Діелектричні наноструктури зазвичай проектуються в межах гетероструктури для посилення взаємодії речовини і світла і, таким чином, подальшого підвищення ефективності цих джерел одиничних фотонів. Інший тип джерела включає недетерміновані джерела, тобто не за запитом, і вони включають такі приклади, як слабкі лазери, атомні каскади та спонтанне параметричне розсіяння.

Однофотонну природу джерела можна квантувати за допомогою [en] image. Ідеальні джерела одиничних фотонів мають image, а хороші джерела одиничних фотонів мають малі image . Кореляційну функцію другого порядку можна виміряти за допомогою [en].

Типи

Генерування одиничного фотона відбувається, коли джерело створює лише один фотон протягом свого часу флуоресценції після оптичного або електричного збудження. Ідеального однофотонного джерела ще не створено. Враховуючи, що основними застосуваннями високоякісного однофотонного джерела є квантовий розподіл ключа, квантові повторювачі та квантова інформатика, генеровані фотони також повинні мати довжину хвилі, яка даватиме низькі втрати та ослаблення при проходженні через оптичне волокно. У наш час найпоширенішими джерелами поодиноких фотонів є одиничні молекули, атоми Рідберга, АЗВ в алмазах та квантові точки, причому останні широко досліджувались зусиллями багатьох дослідницьких груп з метою реалізації квантових точок, які випромінюють поодинокі фотони при кімнатній температурі з фотонами у вікні низьких втрат оптоволоконного зв'язку. Для багатьох цілей поодинокі фотони повинні бути антигрупованими, і це можна перевірити.

Слабкий лазер

Одне з перших і найпростіших джерел було створено за допомогою послаблення звичайного лазерного променя для зменшення його інтенсивності, а отже і середнього числа фотонів на імпульс. Оскільки статистика фотонів дотримується розподілу Пуассона, можна отримати джерела з чітко визначеним співвідношенням ймовірностей для випромінювання одного проти двох або більше фотонів. Наприклад, середнє значення μ = 0,1 призводить до ймовірності 90 % для нуля фотонів, 9 % для одного фотона і 1 % для більш ніж одного фотона.

Хоча таке джерело можна використовувати для певних застосувань, воно має кореляційну функцію другого порядку інтенсивністю, яка дорівнює одиниці (немає антигрупування). Однак для багатьох застосувань потрібне антигрупування, наприклад, у квантовій криптографії.

Оголошені одиничні фотони

Пари одиничних фотонів можуть генеруватися у сильно корельованих станах за допомогою використання одного високоенергетичного фотона для створення двох фотонів нижчих енергій. Один фотон з пари, що утворилася, може бути виявлений, щоб «оголошувати» про інший (тому його стан досить добре відомий до виявлення). Два фотони зазвичай не повинні мати однакову довжину хвилі, але загальна енергія та результуюча поляризація визначаються процесом генерації. Однією з областей, де цікаві такі пари фотонів, є квантовий розподіл ключа.

Оголошені однофотонні джерела також використовуються для вивчення основних законів фізики в квантовій механіці. Є два загальновживані типи оголошених однофотонних джерел: спонтанне параметричне розсіяння та чотирихвильове змішування. Перше джерело має ширину лінії навколо ТГц, а друге — ширину лінії близько МГц або вужче. Оголошений одиночний фотон був використаний для демонстрації зберігання та завантаження фотоніки в оптичну порожнину.

Примітки

  1. Planck, M. (1900). Über eine Verbesserung der Wienschen Spektralgleichung. . 2: 202—204.
  2. Clauser, John F. (1974). . Phys. Rev. D. 9 (4): 853—860. Bibcode:1974PhRvD...9..853C. doi:10.1103/physrevd.9.853. Архів оригіналу за 4 лютого 2021. Процитовано 31 січня 2021.
  3. Hanbury Brown, R.; Twiss, R. Q. (1956). A test of a new type of stellar interferometer on sirius. Nature. 175 (4541): 1046—1048. Bibcode:1956Natur.178.1046H. doi:10.1038/1781046a0. S2CID 38235692.
  4. Kimble, H. J.; Dagenais, M.; Mandel, L. (1977). (PDF). Phys. Rev. Lett. 39 (11): 691—695. Bibcode:1977PhRvL..39..691K. doi:10.1103/physrevlett.39.691. Архів оригіналу (PDF) за 25 листопада 2020. Процитовано 31 січня 2021.
  5. Diedrich, Frank; Walther, Herbert (1987). Nonclassical Radiation of a Single Stored Ion. Phys. Rev. Lett. 58 (3): 203—206. Bibcode:1987PhRvL..58..203D. doi:10.1103/physrevlett.58.203. PMID 10034869.
  6. Moerner, W. E.; Kador, L. (22 травня 1989). Optical detection and spectroscopy of single molecules in a solid. Physical Review Letters. 62 (21): 2535—2538. Bibcode:1989PhRvL..62.2535M. doi:10.1103/PhysRevLett.62.2535. PMID 10040013.
  7. Orrit, M.; Bernard, J. (1990). Single Pentacene Molecules Detected by Fluorescence Excitation in a p-Terphenyl Crystal. Phys. Rev. Lett. 65 (21): 2716—2719. Bibcode:1990PhRvL..65.2716O. doi:10.1103/physrevlett.65.2716. PMID 10042674.
  8. Basché, T.; Moerner, W.E.; Orrit, M.; Talon, H. (1992). . Phys. Rev. Lett. 69 (10): 1516—1519. Bibcode:1992PhRvL..69.1516B. doi:10.1103/PhysRevLett.69.1516. PMID 10046242. Архів оригіналу за 23 вересня 2017. Процитовано 31 січня 2021.
  9. Aharonovich, Igor; Englund, Dirk; Toth, Milos (2016). Solid-state single-photon emitters. Nature Photonics. 10 (10): 631—641. Bibcode:2016NaPho..10..631A. doi:10.1038/nphoton.2016.186.
  10. Castelletto, S.; Johnson, B. C.; Ivády, V.; Stavrias, N.; Umeda, T.; Gali, A.; Ohshima, T. (February 2014). . Nature Materials. 13 (2): 151—156. Bibcode:2014NatMa..13..151C. doi:10.1038/nmat3806. ISSN 1476-1122. PMID 24240243. Архів оригіналу за 4 лютого 2021. Процитовано 31 січня 2021.
  11. Lohrmann, A.; Castelletto, S.; Klein, J. R.; Ohshima, T.; Bosi, M.; Negri, M.; Lau, D. W. M.; Gibson, B. C.; Prawer, S.; McCallum, J. C.; Johnson, B. C. (2016). Activation and control of visible single defects in 4H-, 6H-, and 3C-SiC by oxidation. Applied Physics Letters. 108 (2): 021107. Bibcode:2016ApPhL.108b1107L. doi:10.1063/1.4939906.
  12. Tran, Toan Trong; Bray, Kerem; Ford, Michael J.; Toth, Milos; Aharonovich, Igor (2016). Quantum emission from hexagonal boron nitride monolayers. Nature Nanotechnology. 11 (1): 37—41. arXiv:1504.06521. Bibcode:2016NatNa..11...37T. doi:10.1038/nnano.2015.242. PMID 26501751. S2CID 9840744.
  13. Kurtsiefer, Christian; Mayer, Sonja; Zarda, Patrick; Weinfurter, Harald (2000). Stable Solid-State Source of Single Photons. Phys. Rev. Lett. 85 (2): 290—293. Bibcode:2000PhRvL..85..290K. doi:10.1103/physrevlett.85.290. PMID 10991265.
  14. Michler, P.; Kiraz, A.; Becher, C.; Schoenfeld, W. V.; Petroff, P. M.; Zhang, Lidong; Imamoglu, A. (200). A Quantum Dot Single-Photon Turnstile Device. Science. 290 (5500): 2282—2285. Bibcode:2000Sci...290.2282M. doi:10.1126/science.290.5500.2282. PMID 11125136.
  15. Htoon, Han; Doorn, Stephen K.; Baldwin, Jon K. S.; Hartmann, Nicolai F.; Ma, Xuedan (August 2015). Room-temperature single-photon generation from solitary dopants of carbon nanotubes. Nature Nanotechnology. 10 (8): 671—675. Bibcode:2015NatNa..10..671M. doi:10.1038/nnano.2015.136. ISSN 1748-3395. PMID 26167766.
  16. He, Xiaowei; Hartmann, Nicolai F.; Ma, Xuedan; Kim, Younghee; Ihly, Rachelle; Blackburn, Jeffrey L.; Gao, Weilu; Kono, Junichiro; Yomogida, Yohei (September 2017). Tunable room-temperature single-photon emission at telecom wavelengths from sp3 defects in carbon nanotubes. Nature Photonics. 11 (9): 577—582. doi:10.1038/nphoton.2017.119. ISSN 1749-4885.  1379462.
  17. Tonndorf, Philipp; Schmidt, Robert; Schneider, Robert; Kern, Johannes; Buscema, Michele; Steele, Gary A.; Castellanos-Gomez, Andres; van der Zant, Herre S. J.; Michaelis de Vasconcellos, Steffen (20 квітня 2015). Single-photon emission from localized excitons in an atomically thin semiconductor. Optica. 2 (4): 347. Bibcode:2015Optic...2..347T. doi:10.1364/OPTICA.2.000347. ISSN 2334-2536.
  18. Chakraborty, Chitraleema; Kinnischtzke, Laura; Goodfellow, Kenneth M.; Beams, Ryan; Vamivakas, A. Nick (June 2015). Voltage-controlled quantum light from an atomically thin semiconductor. Nature Nanotechnology. 10 (6): 507—511. Bibcode:2015NatNa..10..507C. doi:10.1038/nnano.2015.79. ISSN 1748-3387. PMID 25938569.
  19. Palacios-Berraquero, Carmen; Barbone, Matteo; Kara, Dhiren M.; Chen, Xiaolong; Goykhman, Ilya; Yoon, Duhee; Ott, Anna K.; Beitner, Jan; Watanabe, Kenji (December 2016). Atomically thin quantum light-emitting diodes. Nature Communications. 7 (1): 12978. arXiv:1603.08795. Bibcode:2016NatCo...712978P. doi:10.1038/ncomms12978. ISSN 2041-1723. PMC 5052681. PMID 27667022.
  20. Palacios-Berraquero, Carmen; Kara, Dhiren M.; Montblanch, Alejandro R.-P.; Barbone, Matteo; Latawiec, Pawel; Yoon, Duhee; Ott, Anna K.; Loncar, Marko; Ferrari, Andrea C. (August 2017). Large-scale quantum-emitter arrays in atomically thin semiconductors. Nature Communications. 8 (1): 15093. arXiv:1609.04244. Bibcode:2017NatCo...815093P. doi:10.1038/ncomms15093. ISSN 2041-1723. PMC 5458119. PMID 28530249.
  21. Branny, Artur; Kumar, Santosh; Proux, Raphaël; Gerardot, Brian D (August 2017). Deterministic strain-induced arrays of quantum emitters in a two-dimensional semiconductor. Nature Communications. 8 (1): 15053. arXiv:1610.01406. Bibcode:2017NatCo...815053B. doi:10.1038/ncomms15053. ISSN 2041-1723. PMC 5458118. PMID 28530219.
  22. Wu, Wei; Dass, Chandriker K.; Hendrickson, Joshua R.; Montaño, Raul D.; Fischer, Robert E.; Zhang, Xiaotian; Choudhury, Tanushree H.; Redwing, Joan M.; Wang, Yongqiang (27 травня 2019). Locally defined quantum emission from epitaxial few-layer tungsten diselenide. Applied Physics Letters. 114 (21): 213102. Bibcode:2019ApPhL.114u3102W. doi:10.1063/1.5091779. ISSN 0003-6951.
  23. He, Yu-Ming; Clark, Genevieve; Schaibley, John R.; He, Yu; Chen, Ming-Cheng; Wei, Yu-Jia; Ding, Xing; Zhang, Qiang; Yao, Wang (June 2015). Single quantum emitters in monolayer semiconductors. Nature Nanotechnology. 10 (6): 497—502. arXiv:1411.2449. Bibcode:2015NatNa..10..497H. doi:10.1038/nnano.2015.75. ISSN 1748-3387. PMID 25938571. S2CID 205454184.
  24. Birowosuto, M. D.; Sumikura, H.; Matsuo, S.; Taniyama, H.; Veldhoven, P.J.; Notzel, R.; Notomi, M. (2012). Fast Purcell-enhanced single photon source in 1,550-nm telecom band from a resonant quantum dot-cavity coupling. Sci. Rep. 2: 321. arXiv:1203.6171. Bibcode:2012NatSR...2E.321B. doi:10.1038/srep00321. PMC 3307054. PMID 22432053.
  25. Muller, T.; Skiba-Szymanska, J.; Krysa, A.B.; Huwer, J.; Felle, M.; Anderson, M.; Stevenson, R.M.; Heffernan, J.; Ritchie, D.A.; Shields, A.J. (2018). A quantum light-emitting diode for the standard telecom window around 1,550 nm. Nat. Commun. 9 (1): 862. arXiv:1710.03639. Bibcode:2018NatCo...9..862M. doi:10.1038/s41467-018-03251-7. PMC 5830408. PMID 29491362.
  26. Pelc, J.S.; Yu, L.; De Greve, K.; McMahon, P.L.; Natarajan, C.M.; Esfandyarpour, V.; Maier, S.; Schneider, C.; Kamp, M.; Shields, A.J.; Höfling, A.J.; Hadfield, R.; Forschel, A.; Yamamoto, Y. (2012). Downconversion quantum interface for a single quantum dot spin and 1550-nm single-photon channel. Opt. Express. 20 (25): 27510—9. arXiv:1209.6404. Bibcode:2012OExpr..2027510P. doi:10.1364/OE.20.027510. PMID 23262701. S2CID 847645.
  27. Dudin, Y. O.; Kuzmich, A. (18 травня 2012). Strongly Interacting Rydberg Excitations of a Cold Atomic Gas. Science. 336 (6083): 887—889. Bibcode:2012Sci...336..887D. doi:10.1126/science.1217901. ISSN 0036-8075. PMID 22517325. S2CID 206539415.
  28. Ripka, Fabian; Kübler, Harald; Löw, Robert; Pfau, Tilman (26 жовтня 2018). A room-temperature single-photon source based on strongly interacting Rydberg atoms. Science. 362 (6413): 446—449. arXiv:1806.02120. Bibcode:2018Sci...362..446R. doi:10.1126/science.aau1949. ISSN 0036-8075. PMID 30361371. S2CID 53088432.
  29. Scully, Marlan O. (1997). Quantum optics. Zubairy, Muhammad Suhail, 1952-. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN . OCLC 817937365.
  30. Eisaman, M. D.; Fan, J.; Migdall, A.; Polyakov, S. V. (1 липня 2011). Invited Review Article: Single-photon sources and detectors. Review of Scientific Instruments. 82 (7): 071101–071101–25. Bibcode:2011RScI...82g1101E. doi:10.1063/1.3610677. ISSN 0034-6748. PMID 21806165.
  31. Birowosuto, M. та ін. (2014). Movable high-Q nanoresonators realized by semiconductor nanowires on a Si photonic crystal platform. Nature Materials. 13 (3): 279—285. arXiv:1403.4237. Bibcode:2014NatMa..13..279B. doi:10.1038/nmat3873. PMID 24553654. S2CID 21333714.
  32. Diguna, L., Birowosuto, M та ін. (2018). Light–matter interaction of single quantum emitters with dielectric nanostructures. Photonics. 5 (2): 14. doi:10.3390/photonics5020014.
  33. Meter, R.V.; Touch, J. (2013). Designing quantum repeater networks. IEEE Communications Magazine. 51 (8): 64—71. doi:10.1109/mcom.2013.6576340. S2CID 27978069.
  34. Dudin, Y. O.; Kuzmich, A. (19 квітня 2012). Strongly Interacting Rydberg Excitations of a Cold Atomic Gas. Science. 336 (6083): 887—889. Bibcode:2012Sci...336..887D. doi:10.1126/science.1217901. ISSN 0036-8075. PMID 22517325. S2CID 206539415.
  35. Ripka, Fabian; Kübler, Harald; Löw, Robert; Pfau, Tilman (25 жовтня 2018). A room-temperature single-photon source based on strongly interacting Rydberg atoms. Science. 362 (6413): 446—449. arXiv:1806.02120. Bibcode:2018Sci...362..446R. doi:10.1126/science.aau1949. ISSN 0036-8075. PMID 30361371. S2CID 53088432.
  36. Eisaman, M. D.; Fan, J.; Migdall, A.; Polyakov, S. V. (1 липня 2011). Invited Review Article: Single-photon sources and detectors. Review of Scientific Instruments. 82 (7): 071101–071101–25. Bibcode:2011RScI...82g1101E. doi:10.1063/1.3610677. ISSN 0034-6748. PMID 21806165.
  37. Al-Kathiri, S.; Al-Khateeb, W.; Hafizulfika, M.; Wahiddin, M. R.; Saharudin, S. (May 2008). Characterization of mean photon number for key distribution system using faint laser. 2008 International Conference on Computer and Communication Engineering: 1237—1242. doi:10.1109/ICCCE.2008.4580803. ISBN . S2CID 18300454.

Джерела

  • R. Loudon, The Quantum Theory of Light,:Oxford University Press, 3rd edition (2000).
  • Planck, M. (1900). Über eine Verbesserung der Wienschen Spektralgleichung. . 2: 202—204. Translated in (1967). (PDF). The Old Quantum Theory. . с. 79—81. LCCN 66029628. Архів оригіналу (PDF) за 18 листопада 2021. Процитовано 15 березня 2022.

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет

Dzherelo odinichnih fotoniv ce dzherelo svitla sho viprominyuye svitlo u viglyadi poodinokih chastinok abo fotoniv Vono vidriznyayetsya vid kogerentnih dzherel svitla lazer i teplovih dzherel svitla takih yak lampi rozzharennya Princip neviznachenosti Gejzenberga diktuye sho stan z tochnoyu kilkistyu fotoniv odniyeyi chastoti ne mozhe buti stvorenij Odnak stani Foka abo chislovi stani mozhna vivchiti dlya sistemi de amplituda elektrichnogo polya rozpodilena po vuzkij smuzi propuskannya U comu konteksti odnofotonne dzherelo porodzhuye faktichno odnofotonnij nomernij stan Fotoni z idealnogo odnofotonnogo dzherela mayut kvantovo mehanichnu harakteristiku Ci harakteristiki vklyuchayut en tak sho chas mizh dvoma poslidovnimi fotonami nikoli ne menshe yakogos minimalnogo znachennya Ce zazvichaj demonstruyetsya za dopomogoyu dilnika promenya shob napraviti priblizno polovinu padayuchih fotoniv na odin en a polovinu na drugij Impulsi vid odnogo detektora vikoristovuyutsya dlya podachi signalu zustrichnogo startu shvidkomu elektronnomu tajmeru a inshij zatrimanij na vidomu kilkist nanosekund vikoristovuyetsya dlya podachi signalu zupinki lichilnika Povtorno vimiryuyuchi chas mizh signalami start i stop mozhna sformuvati gistogramu zatrimki chasu mizh dvoma fotonami ta kilkistyu zbigiv yaksho grupuvannya ne vidbuvayetsya a fotoni dijsno roztashovani dobre chitko vidno viriz navkolo nulovoyi zatrimki IstoriyaHocha koncepciya odinichnogo fotonu bula zaproponovana Plankom she v 1900 roci spravzhnye odnofotonne dzherelo bulo stvoreno izolovano lishe v 1974 r Ce bulo dosyagnuto za dopomogoyu kaskadnogo perehodu v mezhah atomiv rtuti Okremi atomi viprominyuyut dva fotoni z riznimi chastotami v kaskadnomu perehodi i za dopomogoyu spektralnoyi filtraciyi svitla sposterezhennya odnogo fotona mozhe buti vikoristano dlya ogoloshennya inshogo Sposterezhennya za cimi poodinokimi fotonami harakterizuvalos antikorelyaciyeyu na dvoh vihidnih portah dilnika promenya podibno do vidomogo eksperimentu Henberi Brauna ta Tvissa 1956 roku Inshe odnofotonne dzherelo yake z yavilosya v 1977 r vikoristovuvalo flyuorescenciyu vid oslablenogo puchka atomiv natriyu Puchok atomiv natriyu buv oslablenij takim chinom shob ne bilshe odnogo abo dvoh atomiv odnochasno robili vnesok u sposterezhuvane fluorescentne viprominyuvannya Takim chinom lishe poodinoki viprominyuvachi viroblyali svitlo i sposterezhuvana fluorescenciya viyavlyala harakternu antigrupovu diyu Vidilennya okremih atomiv prodovzhuvalos z ionnimi pastkami v seredini 1980 h Odin ion mig utrimuvatisya v radiochastotnij kvadrupolnij pastci protyagom trivalogo periodu chasu 10 hv takim chinom diyuchi yak odinichnij viprominyuvach dekilkoh odinichnih fotoniv yak v eksperimentah Didriha ta Valtera U toj zhe chas pochav zastosovuvatisya nelinijnij proces spontannogo parametrichnogo rozsiyannya i z tih pir i do sogodni vin stav robochoyu konyachkoyu eksperimentiv sho vimagayut odinichnih fotoniv Dosyagnennya mikroskopiyi prizveli do vidilennya odinichnih molekul naprikinci 1980 h Zgodom odinichni molekuli en buli viyavleni v kristalah para en Poodinoki molekuli pochali vikoristovuvatis yak odnofotonni dzherela Protyagom XXI stolittya viyavleni centri defektiv u riznih tverdih materialah persh za vse almazi karbidi kremniyu ta nitridi boru Najbilsh doslidzhenim defektom ye azotno zamishena vakansiya AZV v almazi yaka vikoristovuvalasya yak dzherelo odinichnih fotoniv Ci molekulyarni dzherela mozhut vikoristovuvati zasobi obmezhennya svitla dzerkala mikrorezonatori optichni volokna hvilevodi tosho dlya posilennya viprominyuvannya centriv AZV Yak i AZV ta molekuli kvantovi tochki KT funkcionalizovani vuglecevi nanotrubki i en mozhut takozh viprominyuvati poodinoki fotoni i mozhut buti pobudovani z tih samih napivprovidnikovih materialiv sho i svitloutrimuyuchi strukturi Vidznachayetsya sho dzherela odinichnih fotoniv na dovzhini hvili 1550 nm duzhe vazhlivi dlya optovolokonnogo zv yazku i ce v osnovnomu KT arsenidu indiyu Odnak stvoryuyuchi kvantovij interfejs spontannogo parametrichnogo rozsiyannya z vidimih dzherel odinichnih fotoniv vse odno mozhna stvoriti odinochnij foton pri 1550 nm iz zberezhenim antigrupuvannyam Zbudzheni atomi ta eksitoni do silno vzayemodiyuchih rivniv Ridberga zapobigayut bilsh nizh odnomu zbudzhennyu nad tak zvanim blokuyuchim obsyagom Neveliki ansambli i kristali mozhut vistupati yak dzherelo odinichnih fotoniv ViznachennyaU kvantovij teoriyi fotoni opisuyutsya kvantuvannyam elektromagnitnogo viprominyuvannya Zokrema foton ce elementarne zbudzhennya normalnoyi modi elektromagnitnogo polya Takim chinom odnofotonnij stan ce kvantovij stan modi viprominyuvannya sho mistit odne zbudzhennya Poodinoki modi viprominyuvannya poznachayutsya sered inshogo chastotoyu elektromagnitnogo viprominyuvannya yaku voni opisuyut Odnak u kvantovij optici odnofotonni stani takozh vidnosyatsya do matematichnih superpozicij odnochastotnih monohromatichnih mod viprominyuvannya Ce viznachennya dosit zagalne shob vklyuchiti fotonni hvilovi paketi tobto stani viprominyuvannya yaki pevnoyu miroyu lokalizovani v prostori ta chasi Dzherela odinichnih fotoniv generuyut odnofotonni stani yak opisano vishe Inshimi slovami idealni dzherela odinichnih fotoniv generuyut viprominyuvannya iz en yakij maye matematichne ochikuvannya 1 ta dispersiyu 0 HarakteristikiIdealne dzherelo odinichnih fotoniv stvoryuye odnofotonni stani zi 100 jmovirnistyu a optichnij vakuum abo bagatofotonni stani z imovirnistyu 0 Bazhani vlastivosti realnih odnofotonnih dzherel vklyuchayut efektivnist nadijnist prostotu realizaciyi ta zdatnist pracyuvati na vimogu tobto generaciyu odinichnih fotoniv u dovilno obranij moment chasu Dzherela odinichnih fotoniv vklyuchayuchi odinichni viprominyuvachi taki yak odinichni atomi ioni ta molekuli vklyuchayuchi tverdotilni viprominyuvachi taki yak kvantovi tochki AZV ta vuglecevi nanotrubki pracyuyut za zapitom U danij chas isnuye bagato aktivnih nanomaterialiv z yakih skonstrujovani odinichni kvantovi viprominyuvachi de yih spontanne viprominyuvannya mozhe buti nalashtovano shlyahom zmini lokalnoyi shilnosti optichnih staniv v dielektrichnih nanostrukturah Dielektrichni nanostrukturi zazvichaj proektuyutsya v mezhah geterostrukturi dlya posilennya vzayemodiyi rechovini i svitla i takim chinom podalshogo pidvishennya efektivnosti cih dzherel odinichnih fotoniv Inshij tip dzherela vklyuchaye nedeterminovani dzherela tobto ne za zapitom i voni vklyuchayut taki prikladi yak slabki lazeri atomni kaskadi ta spontanne parametrichne rozsiyannya Odnofotonnu prirodu dzherela mozhna kvantuvati za dopomogoyu en g 2 t displaystyle g 2 tau Idealni dzherela odinichnih fotoniv mayut g 2 0 0 displaystyle g 2 0 0 a horoshi dzherela odinichnih fotoniv mayut mali g 2 0 displaystyle g 2 0 Korelyacijnu funkciyu drugogo poryadku mozhna vimiryati za dopomogoyu en TipiGeneruvannya odinichnogo fotona vidbuvayetsya koli dzherelo stvoryuye lishe odin foton protyagom svogo chasu fluorescenciyi pislya optichnogo abo elektrichnogo zbudzhennya Idealnogo odnofotonnogo dzherela she ne stvoreno Vrahovuyuchi sho osnovnimi zastosuvannyami visokoyakisnogo odnofotonnogo dzherela ye kvantovij rozpodil klyucha kvantovi povtoryuvachi ta kvantova informatika generovani fotoni takozh povinni mati dovzhinu hvili yaka davatime nizki vtrati ta oslablennya pri prohodzhenni cherez optichne volokno U nash chas najposhirenishimi dzherelami poodinokih fotoniv ye odinichni molekuli atomi Ridberga AZV v almazah ta kvantovi tochki prichomu ostanni shiroko doslidzhuvalis zusillyami bagatoh doslidnickih grup z metoyu realizaciyi kvantovih tochok yaki viprominyuyut poodinoki fotoni pri kimnatnij temperaturi z fotonami u vikni nizkih vtrat optovolokonnogo zv yazku Dlya bagatoh cilej poodinoki fotoni povinni buti antigrupovanimi i ce mozhna pereviriti Slabkij lazer Odne z pershih i najprostishih dzherel bulo stvoreno za dopomogoyu poslablennya zvichajnogo lazernogo promenya dlya zmenshennya jogo intensivnosti a otzhe i serednogo chisla fotoniv na impuls Oskilki statistika fotoniv dotrimuyetsya rozpodilu Puassona mozhna otrimati dzherela z chitko viznachenim spivvidnoshennyam jmovirnostej dlya viprominyuvannya odnogo proti dvoh abo bilshe fotoniv Napriklad serednye znachennya m 0 1 prizvodit do jmovirnosti 90 dlya nulya fotoniv 9 dlya odnogo fotona i 1 dlya bilsh nizh odnogo fotona Hocha take dzherelo mozhna vikoristovuvati dlya pevnih zastosuvan vono maye korelyacijnu funkciyu drugogo poryadku intensivnistyu yaka dorivnyuye odinici nemaye antigrupuvannya Odnak dlya bagatoh zastosuvan potribne antigrupuvannya napriklad u kvantovij kriptografiyi Ogolosheni odinichni fotoniPari odinichnih fotoniv mozhut generuvatisya u silno korelovanih stanah za dopomogoyu vikoristannya odnogo visokoenergetichnogo fotona dlya stvorennya dvoh fotoniv nizhchih energij Odin foton z pari sho utvorilasya mozhe buti viyavlenij shob ogoloshuvati pro inshij tomu jogo stan dosit dobre vidomij do viyavlennya Dva fotoni zazvichaj ne povinni mati odnakovu dovzhinu hvili ale zagalna energiya ta rezultuyucha polyarizaciya viznachayutsya procesom generaciyi Odniyeyu z oblastej de cikavi taki pari fotoniv ye kvantovij rozpodil klyucha Ogolosheni odnofotonni dzherela takozh vikoristovuyutsya dlya vivchennya osnovnih zakoniv fiziki v kvantovij mehanici Ye dva zagalnovzhivani tipi ogoloshenih odnofotonnih dzherel spontanne parametrichne rozsiyannya ta chotirihvilove zmishuvannya Pershe dzherelo maye shirinu liniyi navkolo TGc a druge shirinu liniyi blizko MGc abo vuzhche Ogoloshenij odinochnij foton buv vikoristanij dlya demonstraciyi zberigannya ta zavantazhennya fotoniki v optichnu porozhninu PrimitkiPlanck M 1900 Uber eine Verbesserung der Wienschen Spektralgleichung 2 202 204 Clauser John F 1974 Phys Rev D 9 4 853 860 Bibcode 1974PhRvD 9 853C doi 10 1103 physrevd 9 853 Arhiv originalu za 4 lyutogo 2021 Procitovano 31 sichnya 2021 Hanbury Brown R Twiss R Q 1956 A test of a new type of stellar interferometer on sirius Nature 175 4541 1046 1048 Bibcode 1956Natur 178 1046H doi 10 1038 1781046a0 S2CID 38235692 Kimble H J Dagenais M Mandel L 1977 PDF Phys Rev Lett 39 11 691 695 Bibcode 1977PhRvL 39 691K doi 10 1103 physrevlett 39 691 Arhiv originalu PDF za 25 listopada 2020 Procitovano 31 sichnya 2021 Diedrich Frank Walther Herbert 1987 Nonclassical Radiation of a Single Stored Ion Phys Rev Lett 58 3 203 206 Bibcode 1987PhRvL 58 203D doi 10 1103 physrevlett 58 203 PMID 10034869 Moerner W E Kador L 22 travnya 1989 Optical detection and spectroscopy of single molecules in a solid Physical Review Letters 62 21 2535 2538 Bibcode 1989PhRvL 62 2535M doi 10 1103 PhysRevLett 62 2535 PMID 10040013 Orrit M Bernard J 1990 Single Pentacene Molecules Detected by Fluorescence Excitation in a p Terphenyl Crystal Phys Rev Lett 65 21 2716 2719 Bibcode 1990PhRvL 65 2716O doi 10 1103 physrevlett 65 2716 PMID 10042674 Basche T Moerner W E Orrit M Talon H 1992 Phys Rev Lett 69 10 1516 1519 Bibcode 1992PhRvL 69 1516B doi 10 1103 PhysRevLett 69 1516 PMID 10046242 Arhiv originalu za 23 veresnya 2017 Procitovano 31 sichnya 2021 Aharonovich Igor Englund Dirk Toth Milos 2016 Solid state single photon emitters Nature Photonics 10 10 631 641 Bibcode 2016NaPho 10 631A doi 10 1038 nphoton 2016 186 Castelletto S Johnson B C Ivady V Stavrias N Umeda T Gali A Ohshima T February 2014 Nature Materials 13 2 151 156 Bibcode 2014NatMa 13 151C doi 10 1038 nmat3806 ISSN 1476 1122 PMID 24240243 Arhiv originalu za 4 lyutogo 2021 Procitovano 31 sichnya 2021 Lohrmann A Castelletto S Klein J R Ohshima T Bosi M Negri M Lau D W M Gibson B C Prawer S McCallum J C Johnson B C 2016 Activation and control of visible single defects in 4H 6H and 3C SiC by oxidation Applied Physics Letters 108 2 021107 Bibcode 2016ApPhL 108b1107L doi 10 1063 1 4939906 Tran Toan Trong Bray Kerem Ford Michael J Toth Milos Aharonovich Igor 2016 Quantum emission from hexagonal boron nitride monolayers Nature Nanotechnology 11 1 37 41 arXiv 1504 06521 Bibcode 2016NatNa 11 37T doi 10 1038 nnano 2015 242 PMID 26501751 S2CID 9840744 Kurtsiefer Christian Mayer Sonja Zarda Patrick Weinfurter Harald 2000 Stable Solid State Source of Single Photons Phys Rev Lett 85 2 290 293 Bibcode 2000PhRvL 85 290K doi 10 1103 physrevlett 85 290 PMID 10991265 Michler P Kiraz A Becher C Schoenfeld W V Petroff P M Zhang Lidong Imamoglu A 200 A Quantum Dot Single Photon Turnstile Device Science 290 5500 2282 2285 Bibcode 2000Sci 290 2282M doi 10 1126 science 290 5500 2282 PMID 11125136 Htoon Han Doorn Stephen K Baldwin Jon K S Hartmann Nicolai F Ma Xuedan August 2015 Room temperature single photon generation from solitary dopants of carbon nanotubes Nature Nanotechnology 10 8 671 675 Bibcode 2015NatNa 10 671M doi 10 1038 nnano 2015 136 ISSN 1748 3395 PMID 26167766 He Xiaowei Hartmann Nicolai F Ma Xuedan Kim Younghee Ihly Rachelle Blackburn Jeffrey L Gao Weilu Kono Junichiro Yomogida Yohei September 2017 Tunable room temperature single photon emission at telecom wavelengths from sp3 defects in carbon nanotubes Nature Photonics 11 9 577 582 doi 10 1038 nphoton 2017 119 ISSN 1749 4885 1379462 Tonndorf Philipp Schmidt Robert Schneider Robert Kern Johannes Buscema Michele Steele Gary A Castellanos Gomez Andres van der Zant Herre S J Michaelis de Vasconcellos Steffen 20 kvitnya 2015 Single photon emission from localized excitons in an atomically thin semiconductor Optica 2 4 347 Bibcode 2015Optic 2 347T doi 10 1364 OPTICA 2 000347 ISSN 2334 2536 Chakraborty Chitraleema Kinnischtzke Laura Goodfellow Kenneth M Beams Ryan Vamivakas A Nick June 2015 Voltage controlled quantum light from an atomically thin semiconductor Nature Nanotechnology 10 6 507 511 Bibcode 2015NatNa 10 507C doi 10 1038 nnano 2015 79 ISSN 1748 3387 PMID 25938569 Palacios Berraquero Carmen Barbone Matteo Kara Dhiren M Chen Xiaolong Goykhman Ilya Yoon Duhee Ott Anna K Beitner Jan Watanabe Kenji December 2016 Atomically thin quantum light emitting diodes Nature Communications 7 1 12978 arXiv 1603 08795 Bibcode 2016NatCo 712978P doi 10 1038 ncomms12978 ISSN 2041 1723 PMC 5052681 PMID 27667022 Palacios Berraquero Carmen Kara Dhiren M Montblanch Alejandro R P Barbone Matteo Latawiec Pawel Yoon Duhee Ott Anna K Loncar Marko Ferrari Andrea C August 2017 Large scale quantum emitter arrays in atomically thin semiconductors Nature Communications 8 1 15093 arXiv 1609 04244 Bibcode 2017NatCo 815093P doi 10 1038 ncomms15093 ISSN 2041 1723 PMC 5458119 PMID 28530249 Branny Artur Kumar Santosh Proux Raphael Gerardot Brian D August 2017 Deterministic strain induced arrays of quantum emitters in a two dimensional semiconductor Nature Communications 8 1 15053 arXiv 1610 01406 Bibcode 2017NatCo 815053B doi 10 1038 ncomms15053 ISSN 2041 1723 PMC 5458118 PMID 28530219 Wu Wei Dass Chandriker K Hendrickson Joshua R Montano Raul D Fischer Robert E Zhang Xiaotian Choudhury Tanushree H Redwing Joan M Wang Yongqiang 27 travnya 2019 Locally defined quantum emission from epitaxial few layer tungsten diselenide Applied Physics Letters 114 21 213102 Bibcode 2019ApPhL 114u3102W doi 10 1063 1 5091779 ISSN 0003 6951 He Yu Ming Clark Genevieve Schaibley John R He Yu Chen Ming Cheng Wei Yu Jia Ding Xing Zhang Qiang Yao Wang June 2015 Single quantum emitters in monolayer semiconductors Nature Nanotechnology 10 6 497 502 arXiv 1411 2449 Bibcode 2015NatNa 10 497H doi 10 1038 nnano 2015 75 ISSN 1748 3387 PMID 25938571 S2CID 205454184 Birowosuto M D Sumikura H Matsuo S Taniyama H Veldhoven P J Notzel R Notomi M 2012 Fast Purcell enhanced single photon source in 1 550 nm telecom band from a resonant quantum dot cavity coupling Sci Rep 2 321 arXiv 1203 6171 Bibcode 2012NatSR 2E 321B doi 10 1038 srep00321 PMC 3307054 PMID 22432053 Muller T Skiba Szymanska J Krysa A B Huwer J Felle M Anderson M Stevenson R M Heffernan J Ritchie D A Shields A J 2018 A quantum light emitting diode for the standard telecom window around 1 550 nm Nat Commun 9 1 862 arXiv 1710 03639 Bibcode 2018NatCo 9 862M doi 10 1038 s41467 018 03251 7 PMC 5830408 PMID 29491362 Pelc J S Yu L De Greve K McMahon P L Natarajan C M Esfandyarpour V Maier S Schneider C Kamp M Shields A J Hofling A J Hadfield R Forschel A Yamamoto Y 2012 Downconversion quantum interface for a single quantum dot spin and 1550 nm single photon channel Opt Express 20 25 27510 9 arXiv 1209 6404 Bibcode 2012OExpr 2027510P doi 10 1364 OE 20 027510 PMID 23262701 S2CID 847645 Dudin Y O Kuzmich A 18 travnya 2012 Strongly Interacting Rydberg Excitations of a Cold Atomic Gas Science 336 6083 887 889 Bibcode 2012Sci 336 887D doi 10 1126 science 1217901 ISSN 0036 8075 PMID 22517325 S2CID 206539415 Ripka Fabian Kubler Harald Low Robert Pfau Tilman 26 zhovtnya 2018 A room temperature single photon source based on strongly interacting Rydberg atoms Science 362 6413 446 449 arXiv 1806 02120 Bibcode 2018Sci 362 446R doi 10 1126 science aau1949 ISSN 0036 8075 PMID 30361371 S2CID 53088432 Scully Marlan O 1997 Quantum optics Zubairy Muhammad Suhail 1952 Cambridge Cambridge University Press ISBN 9780521435956 OCLC 817937365 Eisaman M D Fan J Migdall A Polyakov S V 1 lipnya 2011 Invited Review Article Single photon sources and detectors Review of Scientific Instruments 82 7 071101 071101 25 Bibcode 2011RScI 82g1101E doi 10 1063 1 3610677 ISSN 0034 6748 PMID 21806165 Birowosuto M ta in 2014 Movable high Q nanoresonators realized by semiconductor nanowires on a Si photonic crystal platform Nature Materials 13 3 279 285 arXiv 1403 4237 Bibcode 2014NatMa 13 279B doi 10 1038 nmat3873 PMID 24553654 S2CID 21333714 Diguna L Birowosuto M ta in 2018 Light matter interaction of single quantum emitters with dielectric nanostructures Photonics 5 2 14 doi 10 3390 photonics5020014 Meter R V Touch J 2013 Designing quantum repeater networks IEEE Communications Magazine 51 8 64 71 doi 10 1109 mcom 2013 6576340 S2CID 27978069 Dudin Y O Kuzmich A 19 kvitnya 2012 Strongly Interacting Rydberg Excitations of a Cold Atomic Gas Science 336 6083 887 889 Bibcode 2012Sci 336 887D doi 10 1126 science 1217901 ISSN 0036 8075 PMID 22517325 S2CID 206539415 Ripka Fabian Kubler Harald Low Robert Pfau Tilman 25 zhovtnya 2018 A room temperature single photon source based on strongly interacting Rydberg atoms Science 362 6413 446 449 arXiv 1806 02120 Bibcode 2018Sci 362 446R doi 10 1126 science aau1949 ISSN 0036 8075 PMID 30361371 S2CID 53088432 Eisaman M D Fan J Migdall A Polyakov S V 1 lipnya 2011 Invited Review Article Single photon sources and detectors Review of Scientific Instruments 82 7 071101 071101 25 Bibcode 2011RScI 82g1101E doi 10 1063 1 3610677 ISSN 0034 6748 PMID 21806165 Al Kathiri S Al Khateeb W Hafizulfika M Wahiddin M R Saharudin S May 2008 Characterization of mean photon number for key distribution system using faint laser 2008 International Conference on Computer and Communication Engineering 1237 1242 doi 10 1109 ICCCE 2008 4580803 ISBN 978 1 4244 1691 2 S2CID 18300454 DzherelaR Loudon The Quantum Theory of Light Oxford University Press 3rd edition 2000 Planck M 1900 Uber eine Verbesserung der Wienschen Spektralgleichung 2 202 204 Translated in 1967 PDF The Old Quantum Theory s 79 81 LCCN 66029628 Arhiv originalu PDF za 18 listopada 2021 Procitovano 15 bereznya 2022

Дата публікації:
Топ