Новости физики в Интернете


Квантовая интерференция во времени

N.J. Cerf (Брюссельский свободный университет, Бельгия) и M.G. Jabbour (Кембриджский университет, Великобритания) предсказали в своей теоретической работе новый вид квантовой интерференции, которая должна возникать из-за неразличимости идентичных бозонов, родившихся в разные моменты времени [1]. Рассматривалось взаимодействие двухфотонных мод с прямой и обращённой по времени (e−iωt → eiωt) квантовой эволюцией в интерферометрической схеме Хонга – У – Мандела, в которой сплиттер был заменен на оптический усилитель с коэффициентом усиления 2. Ранее эффект Хонга – У – Мандела уже наблюдался в экспериментах как с фотонами, так и с массивными частицами, и в нём была продемонстрирована бозонная статистика. Новый тип интерференции в интерферометре Хонга – У – Мандела должен возникнуть благодаря тому, что фотоны не могут быть различимы по времени их рождения: нельзя сказать, что имеются старые фотоны или же старые фотоны были замещены новой фотонной парой, родившейся в усилителе. Данный эффект тесно связан с бозонным преобразованием Боголюбова, возникающим в широком круге физических задач, поэтому новый эффект может иметь место во многих квантовых системах. Для проверки данных теоретических предсказаний была предложена экспериментальная схема с параметрической вниз-конверсией. [1] Cerf N J, Jabbour M G PNAS 117 33107 (2020)

Подвижные фермионы в диэлектрике

P. Wang (Принстонский университет, США) и соавторы выполнили наблюдение квантования Ландау в 2D монослое дителлурида вольфрама WTe2 и получили данные о существовании в данном топологическом изоляторе новых квазичастиц [2]. Тонкий изолирующий слой гексагонального нитрида бора (hBN) было помещен между монослоем WTe2 и палладиевыми электродами. В hBN для контактов были протравлены небольшие участки вдали от краёв образца, что позволило вычесть краевые эффекты. При увеличении магнитного поля начиная с ≈ 1,5 Тл наблюдались сильные колебания магнетосопротивления. По своему виду они похожи на колебания Шубникова – де Хааса в металлах, что стало неожиданностью, поскольку в диэлектриках заряды обладают малой подвижностью. При уменьшении температуры колебания превращались в дискретные пики и начинался режим квантования Ландау. Хотя полное теоретическое объяснение обнаруженных колебаний пока отсутствует, они могут свидетельствовать о существовании новых квазичастиц – подвижных нейтральных фермионов и зарядо-нейтральных ферми-поверхностей внутри диэлектрической щели в спектре. Ранее в экспериментах уже были получены указания на существование заряд-нейтральных поверхностей Ферми, однако эти данные оставались неоднозначными. [2] Wang P et al. Nature 589 225 (2021)

Сверхъяркий компактный источник фотонов

Z. Ma (Технологический институт Стивенса, США) и соавторы сконструировали новый эффективный источник фотонных пар [3], который может найти полезные применения в системах квантовой информации и телекоммуникации. Источник смонтирован «на чипе», поэтому легко может быть интегрирован с электронными устройствами. Производительность нового источника на два порядка превышает показатели других источников подобного типа. Он включает кольцевой микрорезонатор радиусом 55 мкм из ниобата лития толщиной 700 нм, изготовленный методом пучковой электронной литографии и ионного дробления. Поляризационные свойства материала изменяются периодически вдоль кольца, а по касательной к нему направляется оптический луч накачки, преобразующийся в излучение меньшей частоты. Благодаря гигантской однофотонной нелинейности второго порядка и тройному резонансу, в источнике происходит вниз-конверсия фотонов с высокой эффективностью и квантовой чистотой. Темп генерации ультраярких фотонных пар составляет 2,7 МГц на мкВт накачки. [3] Ma Z et al. Phys. Rev. Lett. 125 263602 (2020)

Квантовый генератор случайных чисел

D. Drahi (Оксфордский университет, Великобритания) и соавторы разработали и продемонстрировали в эксперименте новый квантовый генератор случайных чисел [4]. В оптическом сплиттере недетерминированное фотонное состояние входящего луча смешивается с вакуумным состоянием из второго входного канала. Прохождение и отражение фотона в сплиттере случайны и имеют вероятности 50 %, поэтому сигнал на выходе полностью случаен. В практической реализации этой схемы применялись широкополосные фотодиоды, линейные оптические элементы, связанные оптоволокном, и программируемый массив оптических ячеек. В эксперименте не только продемонстрирована генерация случайных чисел с высоким темпом 8 Гбит с−1, но и выполнена проверка качества последовательности случайных чисел — их недетерменированности. Компонуемый параметр безопасности (composable security parameter) составляет 10−10, что важно для применения в квантовой криптографии. В работе принимали участие исследователи из Российского квантового центра в Сколково. Данный эксперимент был успешно выполнен дважды: в Оксфорде и затем в Сколково. О квантовой криптографии см. в [5,6]. [4] Drahi D et al. Phys. Rev. X 10 041048 (2020) [5] Трушечкин А С и др. УФН 191 93 (2021); Trushechkin A S et al. Phys. Usp. 64(1) (2020) [6] Молотков С Н УФН 176 777 (2006); Molotkov S N Phys. Usp. 49 750 (2006)

Далёкий квазар и галактика

До сих пор было известно лишь два квазара на космологических красных смещениях z ≥ 7,5. F. Wang (Аризонский университет, США) и соавторы с помощью комплекса телескопов ALMA обнаружили ещё один рекордно далёкий квазар J0313−1806 на z = 7,6423 ± 0,0013 [7]. Его z измерено путём наблюдения излучения пыли в континууме и эмиссионных линий [CII], формирующихся в хозяйской галактике квазара. По фитированию спектра и наблюдению вириального уширения линий Mg II было установлено, что центральная чёрная дыра имеет массу (1,6 ± 0,4)×109M, а хозяйская галактика квазара показывает большой темп звездообразования. Квазар J0313−1806 наблюдается в то время, когда возраст Вселенной составлял всего 670 млн. лет. Наличие столь массивных чёрных дыр в такую раннюю эпоху представляет сложности для теории их образования, т.к. они не успевали бы значительно нарастить массу в процессе аккреции. Возможно, зародышевые чёрные дыры с большой начальной массой появились в результате прямого коллапса массивных газовых облаков в ранних гало тёмной материи. Галактики удаётся наблюдать на ещё больших z. L. Jiang и соавторы обнаружили [8] галактику на z = 10,957 ± 0,001 путём идентификации дублета линий углерода и линии кислорода на телескопе Keck I. В наблюдениях выявлены особенности спектра галактики, которые пока точно не объяснены. Их причиной может быть либо избыток углерода, либо наличие в центре галактики активного ядра, которое даёт вклад в полное излучение галактики. Наблюдение далёких объектов помогает прояснить процессы формирования галактик и сверхмассивных чёрных дыр. [7] Wang F et al. arXiv:2101.03179 [astro-ph.GA] [8] Jiang L et al. Nature Astronomy, онлайн-публикация от 14 декабря 2020 г.

Новостной канал

Новости физики в Интернете — раздел журнала Успехи физических наук, ежемесячно публикующего обзоры современного состояния наиболее актуальных проблем физики и смежных с нею наук. В данном обзоре новостей представлены последние открытия в физике и астрофизике.

Постоянный ведущий — Ю.Н. Ерошенко.

Материалы подготовлены на основе электронных препринтов и бюллетеней.

Физические ресурсы Рунета

© Успехи физических наук, 1918–2021
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение