פריצת דרך קוונטית: SPDC ראשונה אי פעם בגבישים נוזליים נחשפה

מחקר פורץ דרך הדגים את השימוש בגבישים נוזליים להמרה ספונטנית פרמטרית למטה יעילה ומתכווננת (SPDC), ומרחיבה את הפוטנציאל של מקורות אור קוונטיים מעבר לחומרים מוצקים מסורתיים.

המרה ספונטנית פרמטרית למטה (SPDC), שיטה מרכזית ליצירת פוטונים סבוכים המשמשים בפיזיקה וטכנולוגיה קוונטית, הוגבלה באופן מסורתי לחומרים מוצקים. עם זאת, חוקרים במכון מקס פלנק למדע האור (MPL) ובמכון ג'וזף סטפן בלובליאנה, סלובניה, השיגו לאחרונה פריצת דרך על ידי הדגמת SPDC בגביש נוזלי בפעם הראשונה. הממצאים שלהם, שפורסמו ב טֶבַעלסלול את הדרך לפיתוח של דור חדש של מקורות קוונטיים שהם גם יעילים וגם ניתנים לכוונון על ידי שדות חשמליים.

פיצול של סינגל פוטון in two הוא אחד הכלים השימושיים ביותר בפוטוניקה קוונטית. זה יכול ליצור זוגות פוטונים סבוכים, פוטונים בודדים, אור סחוט, ומצבי אור מסובכים אפילו יותר שחיוניים לטכנולוגיות קוונטיות אופטיות. תהליך זה ידוע בשם המרת ירידה פרמטרית ספונטנית (SPDC).

SPDC קשורה קשר עמוק לסימטריה מרכזית. זוהי הסימטריה ביחס לנקודה – למשל, ריבוע הוא סימטרי מרכזי אבל משולש לא. בעצם המהות שלו – פיצול של פוטון אחד לשניים – SPDC שובר את הסימטריה המרכזית. לכן זה אפשרי רק בקריסטלים שהתא היסודי שלהם אסימטרי מרכזית. SPDC לא יכול להתרחש בנוזלים או גזים רגילים, מכיוון שהחומרים הללו הם איזוטריים.

פריצת דרך בגבישים נוזליים

אולם לאחרונה, חוקרים גילו גבישים נוזליים בעלי מבנה שונה, מה שנקרא גבישים נוזליים נמטיים פרו-אלקטריים. למרות היותם נזילים, חומרים אלה כוללים שבירת סימטריה מרכזית חזקה. המולקולות שלהם מוארכות, אסימטריות, והכי חשוב, ניתן לכוון אותן מחדש על ידי שדה חשמלי חיצוני. כיוון מחדש של מולקולות משנה את הקיטוב של זוגות הפוטונים שנוצרו, כמו גם את קצב היצירה. בהינתן אריזה נכונה, דגימה של חומר כזה יכולה להיות מכשיר שימושי מאוד מכיוון שהיא מייצרת זוגות פוטונים ביעילות, ניתנת לכיוון בקלות עם שדה חשמלי, וניתן לשלב אותה במכשירים מורכבים יותר.

באמצעות הדגימות שהוכנו במכון ג'וזף סטפן (לובליאנה, סלובניה) מגביש נוזלי נמטי פרו-אלקטרי שסונתז על ידי Merck Electronics KGaA, חוקרים במכון מקס-פלנק למדע האור יישמו את SPDC, לראשונה, בגביש נוזלי . היעילות של יצירת פוטון מסתבכת גבוהה כמו בגבישים הלא-לינארים הטובים ביותר, כגון ליתיום ניובאט, בעובי דומה. על ידי הפעלת שדה חשמלי של כמה וולט בלבד, הם הצליחו להפעיל ולכבות את היצירה של זוגות פוטונים, כמו גם לשנות את תכונות הקיטוב של זוגות אלה. גילוי זה מתחיל דור חדש של מקורות אור קוונטיים: גמישים, ניתנים לכוונון ויעילים.