Возможность надежного генерирования связанных фотонных состояний - необходимый этап развития квантовых компьютеров. Важный шаг в этом направлении сделали израильские ученые, сообщившие о наблюдении двухфотонного излучения в полупроводниках.

Алекс Хайат (Alex Hayat) и Меир Оренштейн (Meir Orenstein) из Израильского технологического института в г. Хайфа опубликовали данные о первом экспериментальном наблюдении двухфотонного излучения при пропускании тока через полупроводниковый материал. Опыты при этом проводили при комнатной температуре, а полупроводник на основе фосфида галлия и индия содержал структуры с квантовыми ямами. Излучение фотонных пар происходило со сравнительно высокой скоростью.

Фотонные пары имеют т.н. "запутанное" (взаимно-коррелированное) состояние, в котором квантовое состояние одного фотона можно узнать, если известно состояние другого. До сих пор запутанные, или связанные, состояния генерировали при пропускании света через нелинейный кристалл, что лишь в очень редких случаях превращало единичный фотон во взаимно-коррелированную пару. Большим недостатком этого способа является низкая эффективность и недостаточные возможности контроля процесса.

Работа Хайата и Оренштейна устранила эти недостатки - ученые получили надежный инструмент, с помощью которого удалось менять уровни энергии путем введения ограничений на доступные электронам области движения - из-за появления квантовых ям электроны практически не выходили за пределы плоскости.

При наложении электрического поля электроны переходят в более высокое энергетическое состояние, откуда большая часть их возвращается в основное состояние с излучением одного фотона, однако небольшое число электронов идет по другому пути - диссипации энергии возбуждения, и дает пару фотонов. Подобные процессы наблюдались для атомов в газовой фазе, однако в полупроводниках двухфотонное излучение наблюдается впервые.

Израильским ученым еще предстоит доказать, что состояния двух фотонов являются взаимно-коррелированными. Возможность генерирования двух фотонов в полупроводнике с помощью квантовых точек была в прошлом году продемонстрирована в опытах исследователей из Кембриджского университета. Но британские ученые использовали для генерации т.н. двухэлектронный биэкситонный процесс, к тому же их методика требует низкой (около 10К) температуры, а накачка используется оптическая, а не электрическая, сообщает РhysicsWeb.