Telecom-wavelength quantum teleportation using frequency-converted photons from remote quantum dots
https://www.nature.com/articles/s41467-025-65912-8
Οι biexciton emissions σε quantum dots (QDs) είναι η εκπομπή φωτός που προκύπτει όταν σε ένα νανοκρυσταλλικό ημιαγωγό (quantum dot) δημιουργείται και επανεκπέμπεται ένα διεξιτόνιο — δηλαδή μια δέσμια κατάσταση δύο εξιτονίων (ζεύγος ηλεκτρονίου–οπής). Πρόκειται για φαινόμενο κβαντικής οπτικής με μεγάλη σημασία στην παραγωγή ζευγών συσχετισμένων φωτονίων για εφαρμογές στην κβαντική πληροφορική και τηλεπικοινωνία.
https://www.nature.com/articles/s41467-025-65912-8
Οι biexciton emissions σε quantum dots (QDs) είναι η εκπομπή φωτός που προκύπτει όταν σε ένα νανοκρυσταλλικό ημιαγωγό (quantum dot) δημιουργείται και επανεκπέμπεται ένα διεξιτόνιο — δηλαδή μια δέσμια κατάσταση δύο εξιτονίων (ζεύγος ηλεκτρονίου–οπής). Πρόκειται για φαινόμενο κβαντικής οπτικής με μεγάλη σημασία στην παραγωγή ζευγών συσχετισμένων φωτονίων για εφαρμογές στην κβαντική πληροφορική και τηλεπικοινωνία.
copilot AI
Τι είναι το εξιτόνιο και το διεξιτόνιο
Εξιτόνιο (exciton): Δέσμια κατάσταση ενός ηλεκτρονίου και μιας οπής μέσα σε ημιαγωγό. Συμπεριφέρεται σαν “σωματίδιο” με ιδιότητες μποζονίου.
Διεξιτόνιο (biexciton): Δύο εξιτόνια που συνυπάρχουν στο ίδιο quantum dot και αλληλεπιδρούν. Μπορεί να είναι binding (σταθερά δεσμευμένα) ή antibinding (με θετική ενέργεια σύνδεσης).
Πώς προκύπτει η εκπομπή διεξιτονίου
Όταν διεγείρουμε ένα quantum dot με δύο φωτόνια ή με ισχυρή διέγερση, μπορεί να σχηματιστεί διεξιτόνιο.
Το διεξιτόνιο επανεκπέμπει φως μέσω διαδοχικής αποδιέγερσης: πρώτα εκπέμπεται ένα φωτόνιο καθώς το διεξιτόνιο μεταπίπτει σε απλό εξιτόνιο, και μετά ένα δεύτερο φωτόνιο καθώς το εξιτόνιο αποδιεγείρεται στην θεμελιώδη κατάσταση.
Το αποτέλεσμα είναι ζεύγος φωτονίων που μπορεί να είναι συνεμπλεγμένα (entangled) σε πόλωση ή ενέργεια.
Σημασία στην επιστήμη και τεχνολογία
Κβαντική πληροφορική: Τα ζεύγη φωτονίων από διεξιτόνια είναι βασικό εργαλείο για quantum cryptography και quantum communication.
Φωτονικές συσκευές: Η ενισχυμένη εκπομπή διεξιτονίων με υβριδικές δομές (π.χ. QDs + νανοράβδοι χρυσού) βελτιώνει την απόδοση φωτονικών πηγών.
Θεμελιώδη φυσική: Η μελέτη της λεπτής δομής της εκπομπής διεξιτονίων αποκαλύπτει λεπτομέρειες για την συμμετρία και την αλληλεπίδραση μέσα στα QDs.
Σημεία προσοχής
Η εκπομπή διεξιτονίων είναι ευαίσθητη σε θερμοκρασία, μέγεθος και συμμετρία του quantum dot.
Υπάρχουν απώλειες λόγω Auger recombination, όπου η ενέργεια χάνεται αντί να εκπέμψει φωτόνιο.
Η πρακτική αξιοποίηση απαιτεί σταθερό έλεγχο της διέγερσης και της γεωμετρίας του QD.
Τι είναι το εξιτόνιο και το διεξιτόνιοΕξιτόνιο (exciton): Δέσμια κατάσταση ενός ηλεκτρονίου και μιας οπής μέσα σε ημιαγωγό. Συμπεριφέρεται σαν “σωματίδιο” με ιδιότητες μποζονίου.
Διεξιτόνιο (biexciton): Δύο εξιτόνια που συνυπάρχουν στο ίδιο quantum dot και αλληλεπιδρούν. Μπορεί να είναι binding (σταθερά δεσμευμένα) ή antibinding (με θετική ενέργεια σύνδεσης).
Πώς προκύπτει η εκπομπή διεξιτονίουΌταν διεγείρουμε ένα quantum dot με δύο φωτόνια ή με ισχυρή διέγερση, μπορεί να σχηματιστεί διεξιτόνιο.
Το διεξιτόνιο επανεκπέμπει φως μέσω διαδοχικής αποδιέγερσης: πρώτα εκπέμπεται ένα φωτόνιο καθώς το διεξιτόνιο μεταπίπτει σε απλό εξιτόνιο, και μετά ένα δεύτερο φωτόνιο καθώς το εξιτόνιο αποδιεγείρεται στην θεμελιώδη κατάσταση.
Το αποτέλεσμα είναι ζεύγος φωτονίων που μπορεί να είναι συνεμπλεγμένα (entangled) σε πόλωση ή ενέργεια.
Σημασία στην επιστήμη και τεχνολογίαΚβαντική πληροφορική: Τα ζεύγη φωτονίων από διεξιτόνια είναι βασικό εργαλείο για quantum cryptography και quantum communication.
Φωτονικές συσκευές: Η ενισχυμένη εκπομπή διεξιτονίων με υβριδικές δομές (π.χ. QDs + νανοράβδοι χρυσού) βελτιώνει την απόδοση φωτονικών πηγών.
Θεμελιώδη φυσική: Η μελέτη της λεπτής δομής της εκπομπής διεξιτονίων αποκαλύπτει λεπτομέρειες για την συμμετρία και την αλληλεπίδραση μέσα στα QDs.
Σημεία προσοχήςΗ εκπομπή διεξιτονίων είναι ευαίσθητη σε θερμοκρασία, μέγεθος και συμμετρία του quantum dot.
Υπάρχουν απώλειες λόγω Auger recombination, όπου η ενέργεια χάνεται αντί να εκπέμψει φωτόνιο.
Η πρακτική αξιοποίηση απαιτεί σταθερό έλεγχο της διέγερσης και της γεωμετρίας του QD.
ΑΝ ΤΟ ΦΩΤΟΝΙΟ ΕΧΕΙ ΜΑΖΑ
Η ειδική Σχετικότητα βασίζεται πάνω σε δύο θεμελιακές αρχές.
Η πρώτη είναι η αρχή της σχετικότητας:
οι νόμοι της φυσικής έχουν την ίδια μορφή
σε όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς.
Η δεύτερη ορίζει ότι η ταχύτητα του φωτός στο κενό
είναι πάντα ίδια
ανεξάρτητα από τα αδρανειακά συστήματα.
Στην πραγματικότητα όμως είναι δυνατόν να βρούμε τους ίδιους μετασχηματισμούς αν αντικαταστήσουμε τη δεύτερη αρχή με την επόμενη: ο χωροχρόνος είναι ομογενής και ισότροπος.
Αυτή η νέα υπόθεση σε σχέση με την κλασική περί φωτός, οδηγεί σε μια ομάδα μετασχηματισμών, η οποία εξαρτάται από την παράμετρο c2, η τελευταία έχει τις διαστάσεις μιας ταχύτητας στο τετράγωνο.
Εάν το c2 είναι πεπερασμένο και θετικό, τότε ταυτίζονται με τους μετασχηματισμούς του Lorentz.
Αυτή η προσέγγιση αναδεικνύει μόνο και μόνο την ύπαρξη ενός φράγματος ταχύτητας c, η οποία είναι η ταχύτητα των σωματιδίων δίχως μάζα.
Με άλλα λόγια η ταύτιση με την ταχύτητα του φωτός γίνεται εκ των υστέρων!
Πράγμα το οποίο σημαίνει ότι αν το φωτόνιο έχει μάζα τότε δεν θα προβλημάτιζε την Ειδική Σχετικότητα αφού η ταχύτητα θα ήταν απλώς μικρότερη από το φράγμα. (Ν.Λυγερός)
«Τα υπερφωτεινά νετρίνα στο πείραµα Opera»
Tο πείραµα Opera στηρίζεται στη δηµιουργία συγκρούσεων πρωτονίων µε στόχους από γραφίτη, παραγωγή πιονίων και καονίων που γρήγορα δίνουν µιόνια και τα αντίστοιχα νετρίνα τους.
Για το στόχο αυτό χρησιµοποιήθηκε ο µεγάλος επιταχυντής LHC του Cern.
Τα νετρίνα που δηµιουργήθηκαν µε αυτό τον τρόπο διήνυσαν την διαδροµή Cern - Gran Sasso δηλαδή µια απόσταση x=730Km κατά ένα ∆t=61ns μικρότερο από το αναμενόμενο.
Από την έκρηξη ενός µακρινού αστεριού έχει παρατηρηθεί ότι τα νετρίνα φτάνουν γρηγορότερα κατά µερικά λεπτάσε σχέση µε τα φωτόνια της έκρηξης.
Αν όµως τα νετρίνα είχαν την ταχύτητα που µετρήθηκε στο Εθνικό εργαστήριο Gran Sasso µε το πείραµα Opera (Oscillation Project with Emulsion- tRacking Apparatus) στο Cern, θα έπρεπε να έχουν φτάσει στη γη χρόνια πριν από τα φωτόνια.
Ο Τσίτσος Βασίλειος κοινοποίησε ένα σύνδεσμος. Χθες στις 1:31 π.μ.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου
Σημείωση: Μόνο ένα μέλος αυτού του ιστολογίου μπορεί να αναρτήσει σχόλιο.