För att kunna utnyttja kvantfysikens egenskaper tekniskt, kvantobjekt och deras interaktion måste kontrolleras exakt. I många fall, detta görs med hjälp av ljus. Forskare vid universitetet i Innsbruck och Institutet för kvantoptik och kvantinformation (IQOQI) vid den österrikiska vetenskapsakademin har nu utvecklat en metod för att individuellt adressera kvantemitters med hjälp av skräddarsydda ljuspulser. "Det är inte bara viktigt att individuellt kontrollera och avläsa sändarens tillstånd, " säger Oriol Romero-Isart, "men också att göra det samtidigt som man lämnar systemet så ostört som möjligt." Tillsammans med Juan Jose Garcia-Ripoll (IQOQI visiting fellow) från Instituto de Fisica Fundamental i Madrid, Romero-Isarts forskargrupp har nu undersökt hur specifikt konstruerade pulser kan användas för att fokusera ljus på en enda kvantemitter.

Självkomprimerande ljuspuls

"Vårt förslag är baserat på kvittrade ljuspulser, " förklarar Silvia Casulleras, första författaren till forskningsartikeln. "Frekvensen av dessa ljuspulser är tidsberoende." Så, liknar fågelkvitter, signalens frekvens ändras över tiden. I strukturer med vissa elektromagnetiska egenskaper – som vågledare – fortplantar sig frekvenserna med olika hastigheter. "Om du ställer in de initiala förhållandena för ljuspulsen korrekt, pulsen komprimerar sig själv på ett visst avstånd, " förklarar Patrick Maurer från Innsbruck-teamet. "En annan viktig del av vårt arbete var att visa att pulsen möjliggör kontroll av individuella kvantutsändare." Detta tillvägagångssätt kan användas som en slags fjärrkontroll för att adressera, till exempel, individuella supraledande kvantbitar i en vågledare eller atomer nära en fotonisk kristall.

Brett utbud av applikationer

I sitt arbete, nu publicerad i Fysiska granskningsbrev , forskarna visar att denna metod inte bara fungerar med ljus eller elektromagnetiska pulser, men även med andra vågor såsom gitteroscillationer (fononer) eller magnetiska excitationer (magnoner). Forskargruppen ledd av experimentfysikern Gerhard Kirchmair från Innsbruck, vill implementera konceptet för supraledande qubits i laboratoriet i nära samarbete med teamet av teoretiker.