Anzeige
Little more than a system of two energy levels could be used to control a single particle of light
Modern electronics is built upon the control of electric charges through an electric field. Computing based on photons rather than electrons, on the other hand, promises significantly faster computation and information processing. An international team of researchers has now developed a theoretical system that would allow single photons to be controlled reliably. “The system we propose can be used as a quantum switch to control the transport of single photons,” says team member Franco Nori from the Advanced Science Institute, Wako, and The University of Michigan, USA.
In contrast to electrons, exercising control over photons is rather difficult to achieve, because light travels at high speeds and hardly interacts with matter. This has hampered the realization of schemes such as all-optical computing. The use of resonators, however, offers a solution to better control the way light propagates. Resonators are small cavities, bound by mirrors at both ends that bounce light back and only occasionally let light out.
As reported in the journal Physical Review Letters (1), the researchers studied a chain of resonators coupled together so that photons propagate along this line. A system with two energy levels was placed in the center of this coupled-resonator waveguide. To facilitate the interaction between light and the two-level system the separation of the two energy levels is close to the photon energy.
When there is a perfect match between the photon energy and the separation of energy levels, the two-level system interacts with the photon; physics then dictates that the photon will be reflected. However, when the energies of the photon and the two-level system do not match, the photon will be transmitted towards the other end of the waveguide.
“Such a two-level system with adjustable energy levels could be used as a switch that controls the propagation of a single photon in the same way a transistor controls the transport of electrons,“ says team member C. P. Sun from The Chinese Academy of Sciences, Beijing.
To realize this two-level system the researchers suggest using so-called superconducting qubits, used in connection with superconducting resonators, which have been demonstrated already, as the waveguides. The separation of the qubit energy levels can be easily controlled and could even be done with another single photon. The researchers have demonstrated theoretically that, with the right choice of system parameters, switching can be easily achieved. “We believe such a system is well within reach of current technology,” says RIKEN’s Lan Zhou.
Reference
1. Zhou, L., Gong, Z. R., Liu, Y.-X., Sun, C. P. & Nori, F. Controllable Scattering of a Single Photon inside a One-Dimensional Resonator Waveguide. Physical Review Letters 101, 100501 (2008).
The corresponding author for this highlight is based at the RIKEN Digital Materials Team
Saeko Okada | Quelle: ResearchSEA
Weitere Informationen: www.rikenresearch.riken.jp/research/620/
www.researchsea.com
Weitere Berichte zu: computation and information processing > Computing > coupled-resonator waveguide > electrons > energy levels > photon energy > quantum switch > single photon switch > single photons > superconducting qubits
Robotics: Gesturing for control
24.05.2012 | The Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)
Researchers take virus-tracking software worldwide
23.05.2012 | Ohio Supercomputer Center
Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer und bestimmte Krebsformen gehen auf eine fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen im Körper zurück.
Wissenschaftlern des Instituts für Photonische Technologien (IPHT) in Jena ist es erstmals gelungen, Proteinstrukturen auf sub-molekularer Ebene nachzuweisen und spektroskopisch zu analysieren. Ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Krankheitsursachen.
„Bis heute hat man nicht genau verstanden, was die fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Alzheimer, ...
Die Quantenphysik beschreibt physikalische Vorgänge in Festkörpern und anderen Vielteilchensystemen auch mit Hilfe von Quasiteilchen.
Innsbrucker Physikern um Rudolf Grimm ist es nun erstmals gelungen, ein neues Quasiteilchen - ein repulsives Polaron - in einem Quantengas experimentell zu erzeugen. Die Forscher berichten darüber in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Nature.
Ultrakalte Quantengase sind ein ideales Experimentierfeld, um physikalische Phänomene in Festkörpern zu simulieren. Unter streng kontrollierten Bedingungen ...
Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.
Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.
Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...
Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen
Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...
Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.
Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.
Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...
Anzeige
Anzeige

Energieversorger vor dem Umbruch
24.05.2012 | Studien Analysen
Stem-cell-growing surface enables bone repair
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
NieKE Themenforum: Ökonomie - Tierschutz - Lebensmittelsicherheit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Nachhaltigkeit in der Schifffahrt: Werte vs. Wertschöpfung
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Wissenschaft und Öffentlichkeit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten