محققان چینی، انگلیسی و آلمانی موفق به ساخت منبع تک فوتون با بالاترین کیفیت موجود برای یک سیستم نیمه‌رسانای نقطه کوانتومی شدند. نتایج بدست آمده برای ساخت رایانه‌های کوانتومی فوق‌سریع بسیار حائز اهمیت خواهد بود.
این گروه به رهبری چااو یانگ لو و جیان وِی پَن موفق به ساخت این منبع تک فوتون شدند؛ به گونه‌ای که در هر برخورد پالس لیزر در نقطه کوانتومی، یک و تنها یک فوتون تولید می‌شود. فوتون تولیدشده همچنین دارای خاصیت مهم «توانایی عدم تشخیص نزدیک به واحد» یا به عبارت دیگر یکسان بودن نزدیک به یکدیگر است. این گروه به شکل بسیار خوبی توانست این دو خصیصه تولید قطعی فوتون‌های منفرد و یکسان را ترکیب کند.
در عمل، رایانه‌های کوانتومی ممکن است برای کار کردن به صدها فوتون منفرد نیاز داشته باشند. این فوتون‌ها بعنوان بیت‌های کوانتومی (واحد محاسباتی بنیادی) عمل کرده که تحت عملیات کوانتومی کنترل شده بیشماری قرار می‌گیرند. برای افزایش اینگونه سیستم‌ها، نیاز است تا فوتون‌های منفرد به طور قطعی تولید شوند. اگر این مورد توجه قرار نگیرد، احتمال موفقیت کلی به سرعت به صفر می‌رسد.
این فوتون‌های منفرد همچنین می‌بایست مکانیک کوانتومی یکسانی داشته باشند، بطوری که در ساخت رایانه (بعنوان مثال دستگاه‌هایی از قبیل گیت‌های NOT کنترل شده بین بیت‌های کوانتومی) بتوان از اثرات تداخل کوانتومی بهره برد.
انجام این تحقیق با تاباندن یک پالس لیزر بر روی یک نقطه کوانتومی آغاز شد. مدت زمان اعمال این پالس لیزر تنها 3 پیکوثانیه طول می‌کشد و طول‌موج مرکزی آن به گونه‌ای تنظیم می‌شود که دقیقا با انتقال نور نقطه کوانتومی مطابقت دارد. لیزر، در مدت زمان بسیار کوتاهی نقطه کوانتومی را از حالت پایه و خلاء به حالت برانگیخته شامل جفت الکترون و حفره مقید، تحریک می‌کند. سپس این جفت الکترون و حفره دوباره ترکیب شده و تنها یک فوتون ساطع می‌کنند.
کشف حاضر، بالاترین کیفیت منبع با فوتون منفردی است که تاکنون در سیستم‌های نیمه‌رسانای نقطه کوانتومی بدست آمده است. کیفیت این منبع برای اولین بار به حدی رسیده است که می‌توان آن را با آن دسته از منابع طبیعی و مرسوم (مانند اتم‌ها و یون‌های گیرافتاده) مقایسه کرد. همچنین این تحقیق با نام «تحریک پالسی s-shell در نقاط کوانتومی» برای اولین بار فراتر از آخرین تحقیق در این زمینه با نام «تکنیک تحریک پالسی p-shell» که 10 سال پیش توسط گروهی به رهبری یوشی هیسا یاماموتو از دانشگاه استانفورد انجام شده بود، حرکت کرد.
اما این پایان کار نیست. این منبع منفرد فوتون کشف‌شده می‌تواند به فوتون‌های بیشتری افزایش یابد و سپس در سیستم‌های پیچیده چندفوتون و الگوریتم‌های کوانتومی ساده مورد استفاده قرار گیرد. بعنوان مثال می‌توان از آنها در پایگاه داده مشهور گرووِر (Grover’s database) بهره برد.
این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nature Nanotechnology منتشر کرده‌اند.
منبع: دپارتمان شیمی
