در جهان آینده، داده‌ها با حالت‌های کوانتومی نور جابجا می‌شوند و بنابراین هر نصّابی برای تعمیر اینترنت به یک تداخل‌سنج احتیاج خواهد داشت. هم‌اکنون، پژوهشگران در حال طراحی شبکه‌های کوانتومی هستند که البته باید بر مشکل بنیادی‌تری فائق آیند: وقتی اجزای مختلف مانند گسیل‌کننده تک فوتون، آشکارساز و خطوط انتقال در یک بسامد کار نمی‌کنند، چطور باید آن‌ها را یکپارچه کرد؟ دو گروه پژوهشی برای اولین بار ضمن حفظ حالت کوانتومی نور، بسامد آن را به بسامدهای مفیدتر تبدیل کرده‌اند.

نقاط کوانتومی برانگیخیته نوری، مجموعه‌ای نانومتری از اتم‌ها هستند که حالت‌های الکترونیکی کوانتیزه دارند و به عنوان گسیل‌گرهای تک فوتون، به خوبی عمل می‌کنند؛ اما درخشان‎‌ترین و پربازده‌ترین نقاط کوانتومی، نور مرئی یا فروسرخ نزدیک گسیل می‌کنند در حالی که فیبرهای نوری برای فروسرخ میانی بهینه شده‌اند. همچنین، نقاط کوانتومی تا حدی تمایل دارند تا شکل ها و ترکیبات مختلف داشته باشند، به نحوی که هیچ دو تایی از آن‌ها در یک بسامد گسیل نشود و همین امر استفاده از آن‌ها را در عمل دشوار می‌کند.

در حالی که پیچاندن نقاط کوانتومی موجب تغییر بسامد نور تابشی می‌شود، این دو گروه به جای آن، از رهیافتی استفاده کرده‌اند که خود فوتون‌های گسیلی را اصلاح می‌کند: آن‌ها تک فوتون‌ها و لیزر فروسرخ را از طریق یک موجبر نوری غیرخطی عبور می‌دهند، این کانال نور را با بسامدی بیرون می‌دهد که مجموع یا تفاضل دو نور ورودی است. سرکان آتیس[1] و همکارانش در NIST مریلند، دو چشمه تک فوتون را که در بسامدهای فروسرخ میانی متفاوتی کار می‌کنند، به نور زرد هم بسامد تبدیل کردند و سپس فوتون‌ها را در ناحیه ای‌از طول موج قرار دادند که آشکارسازهای سیلیکونی در آن به طور بهینه کار می‌کنند. سباستین زاسکه[2] در دانشگاه سارلند آلمان و همکارانش، فوتون‌های قرمز را به 1.313 مکیرون تبدیل کردند که در باند تله‌کام فیبر نوری با اتلاف انتقال کم قرار می‌گیرد.

هر دو گروه بازدهی تبدیل را بیش از 30% اعلام نموده‌اند که با نتایج پژوهشگران قبلی توافق دارد. اما آن‌ها برای دستکاری بسامد نقطه‌های کوانتومی چشمه تک فوتون، ابزارهای جدیدی معرفی کرده‌اند که برای اولین بار همدوسی کوانتومی را نابود نمی‌کند و راه را برای استفاده از این مبدل‌های بسامد در پردازش اطلاعات کوانتومی هموار می‌کند.

منبع:

Colorful Options for Quantum Dots, Jessica Thomas, APS Physics, 4 October 2012.

مرجع:

1.     Visible-to-Telecom Quantum Frequency Conversion of Light from a Single Quantum Emitter, Sebastian Zaske, Andreas Lenhard, Christian A. Keßler, Jan Kettler, Christian Hepp, Carsten Arend, Roland Albrecht, Wolfgang-Michael Schulz, Michael Jetter, Peter Michler, and Christoph Becher, Phys. Rev. Lett. 109, 147404 (2012).

2.     Two-Photon Interference Using Background-Free Quantum Frequency Conversion of Single Photons Emitted by an InAs Quantum Dot, Serkan Ates, Imad Agha, Angelo Gulinatti, Ivan Rech, Matthew T. Rakher, Antonio Badolato, and Kartik Srinivasan, Phys. Rev. Lett. 109, 147405 (2012).