» Строительство »

Народження квантової голографії

Вперше отримана голограма одиночного фотона, яка дозволить вивчати його найважливішу квантову характеристику - хвильову функцію.

Оптики фізичного факультету Варшавського університету отримали першу в історії голограму одиночного фотона, що раніше вважалося неможливим. Вона дозволила спостерігати за «формою» фотона - його квантової хвильової функцією. Про це експерименті, розповідає стаття в журналі Nature Photonics .

Голограма одиночного фотона: реконструйована з вимірів (зліва) і теоретично передбачена (праворуч). (Зображення: FUW)

Дослідники за своєю установкою (Зображення: FUW, Grzegorz Krzyżewski)

Схема експерименту. Фотони з плоским фронтом показані набором прямих штрихів, фотони з викривленим фронтом показані набором вигнутих штрихів.

<

>

Хвильова функція - ключове поняття в квантовій механіці. Інформація про неї дозволяє побудувати модель квантового об'єкта. Зокрема квадрат її модуля являє собою розподіл ймовірності знаходження частинки в певному стані. Незважаючи на те, що квантова механіка в даний час широко використовується і за сто років багаторазово перевірена з великою точністю, фізики все ще не в змозі остаточно сказати: хвильова функція - це просто зручний математичний інструмент, або щось реальне. Можливо, ця робота проллє нове світло на цю проблему.

Просторова структура фотона представляє великий інтерес для досліджень в галузі квантової зв'язку, обчислень, експериментах по заплутаності фотонів і багатьох інших. Однак до сих пір не було простого експериментального методу отримання інформації про фазу хвильової функції фотона. Фотографія для цієї мети не годиться, оскільки фіксує лише інтенсивність світла. На відміну від неї голограма дозволяє зареєструвати і фазу хвилі. Для створення звичайної голограми містить інформацію хвиля, наприклад, відбита від тривимірного об'єкту, складається з опорною хвилею. Якщо джерела світла когерентні, тобто мають постійну фазу і довжину хвилі, то утворюється складна стійка картина ліній горбів і западин (інтерференційна картина). Якщо отримане зображення висвітлити променем опорної хвилі, то відновлюється вихідна структура інформаційної хвилі, і можна побачити об'ємне зображення об'єкта.

Якщо отримане зображення висвітлити променем опорної хвилі, то відновлюється вихідна структура інформаційної хвилі, і можна побачити об'ємне зображення об'єкта

Створення голограми одиночного фотона до недавнього часу вважалося неможливим. Для отримання повноцінної картини необхідно було зафіксувати кілька окремих фотонів з однаковими властивостями, а на практиці їх фаза завжди непостійна. Тоді дослідники перейшли до квантової інтерференції, в якій використовуються одержувані завдяки взаємодії хвильових функцій нерозрізнені фотони.

Експеримент, проведений на створеної дослідниками установці, заснований на створенні двох однакових фотонів з плоскими фронтами і різною поляризацією. Електричні поля фотонів коливаються у взаємно перпендикулярних площинах. Відображення від зігнутої лінзи викривляє фронт одного з фотонів, роблячи його «невідомим». Для розуміння термінів можна представити хвилі на воді. Прямі вали хвиль, що накочуються на берег, відповідають плоскому фронту. Кола на воді від каменя, що впав ілюструють викривлений фронт. Повторивши вимір кілька разів, дослідники отримали інтерференційне зображення, відповідне голограмі невідомого фотона. Воно може бути використано для повного відновлення амплітуди і фази хвильової функції невідомого фотона.

Дослідники сподіваються, що їх робота дасть в руки фізикам інструмент для дослідження квантових явищ, особливо, якщо в майбутньому вони зможуть використовувати подібний метод для відтворення хвильових функцій більш складних квантових об'єктів, таких як атоми.

за матеріалами Варшавського університету

Современные строительные технологии Геология, города и строительство © Все права сохранены.