Разработан квантовый фильтр

В лаборатории оптики активных сред ФИАНа создается уникальный квантовый фильтр на основе атома рубидия.

Новый квантовый фильтр позволит преобразовывать лазерный импульс в одиночный фотон.

Установка уже собрана, и в настоящее время проводится очередной цикл экспериментов. Получение контролируемого фотона "по запросу" методом фильтрации из лазерного импульса будет использовано в фундаментальных исследованиях. Такие приборы понадобятся, например, для разработки квантовой памяти и создания принципиально неразрушимого кодирования при передаче данных.

Идея заключается в том, чтобы использовать свойства атомной среды, определенным образом организованной, для "фильтрации" с высокой вероятностью, вплоть до 100%, одиночного фотона из лазерного импульса. Предложили её известные физики-теоретики Валерий Юдин и Алексей Тайченачев из Новосибирского государственного университета.

Если к четырехуровневой системе (атому с четырьмя энергетическими уровнями) приложить специально подобранное мощное световое поле и пробный импульс, этот импульс в среде будет рассеиваться до тех пор, пока в нем не останется ровно один фотон. Но когда в импульсе останется последний фотон, среда для него становится абсолютно прозрачной. Возникает эта прозрачность в среде, когда разница частот световых полей совпадает с разницей частот двух атомных уровней.

Экспериментальная установка, созданная в ФИАНе, включает два лазерных источника, несколько цепей привязки, кювету с рубидием и ряд вспомогательных устройств. Говорит старший научный сотрудник лаборатории оптики активных сред, кандидат физико-математических наук Алексей Акимов: "Один лазер создает мощное поле, облучающее среду. Второй - производит импульс излучения, на него накладывается множество всяких ограничений. Мощное поле просветляет среду и не рассеивается, его надо отделить от импульса - с помощью поляризации, интерференционными фильтрами. Ряд устройств позволяет формировать импульсы и настраивать их частоту так, чтобы они совпадали с нужными переходами в атомах среды. Необходимое четырехуровневое состояние атомов рубидия поддерживается внешним магнитным полем. Газообразный рубидий находится в 4-сантиметровой вакуумной кювете с небольшим добавлением буферного газа".

Области применения нового устройства - фундаментальные исследования в квантовой фотонике, а также работы по созданию квантовой памяти. Ведь один фотон - это минимальный квант информации, который вообще может передаваться. С этим связано и другое возможное приложение - шифрование при передаче информации. Если создан один фотон в некотором специально заданном состоянии, его нельзя "измерить", не испортив, то есть, не разрушив его состояние. Такая "естественная степень защиты", присущая одному фотону, может послужить базисом для разработки "абсолютного" кодирования в будущих устройствах для шифрования, при котором никакая попытка "взлома" не сможет остаться незамеченной.