Quantenpunkte. nanoskalige Halbleitermaterialien, die Photonen in drei Dimensionen einschließen und eine messbare Zeit danach freisetzen können. Basierend auf dem verwendeten Material ist die Abklingzeit empirisch bekannt. Frequenz ist auch bekannt. Letzteres reicht aus, um die Energie eines Photons zu berechnen. Ersteres reicht dann aus, um die Photonenreemissionsrate aus der QD zu berechnen. Wenn die Peaks am Detektor weiter voneinander entfernt sind als die Abklingzeit und jeder Peak auf die Energie eines Photons messbar ist, wissen Sie, dass Sie einen Strahl einzelner Photonen haben.

Wenn Sie im Doppelspaltexperiment die Amplitude des Ausgangslichts allmählich verringern, sehen Sie einen Übergang von kontinuierlichen hellen und dunklen Streifen auf dem Bildschirm zu jeweils einem Punkt. Wenn Sie die Punkte sehr genau messen können, sehen Sie immer, dass es nur einen Punkt gibt. Dies ist der Beweis für die Existenz der kleinsten Einheit jeder Messung, die als Einzelphoton bezeichnet wird: Sie erhalten entweder einen einzelnen hellen Punkt oder nicht.

Vielleicht fragen Sie sich also, warum es sich nicht um ein einzelnes handelt Photonenkomposit aus zwei "Subphotonen", von denen jedes separat durch den Spalt geht und dann "sich selbst" auf dem Bildschirm stört, so dass wir nur einen Punkt erhalten. Das Gleiche gilt jedoch für drei Schlitze, vier Schlitze usw., aber das Endergebnis ist immer noch ein einzelner Punkt. Dies bedeutet, dass das Photon in unendlich viele "Subphotonen" aufgeteilt werden kann. Wenn Sie an diesen Punkt gelangen und dann gratulieren, entdecken Sie im Grunde den pfadintegralen Formalismus der Quantenmechanik.

Die praktische Antwort (die ich auch in einem Kommentar zu der verknüpften Frage geschrieben habe) lautet, dass Sie die Intensität der Lichtquelle verringern, bis der Erwartungswert für die Anzahl der Photonen auf dem Strahlengang niedrig genug ist, um zu Ihnen zu passen.

Wenn $ \ bar {n} = 0,1 $, werden nur sehr wenige der auf dem Bildschirm aufgezeichneten Ereignisse von Ereignissen stammen, bei denen mehr als ein Photon auf dem Strahlengang vorhanden war und die Daten dominiert werden durch Einzelphotonenereignis.

Nicht gut genug für Sie? Drehen Sie es herunter, bis $ \ bar {n} = 0.01 $. Oder $ 0,001 $ oder was auch immer zu Ihnen passt.

Irgendwann wird die Übung albern.

Ich möchte Gregsans Antwort zur Verwendung von Quantenpunkten ergänzen, indem ich auch Diamant-Nanodraht-Ein-Photonen-Quellen oder ähnliche Geräte, die auf CVD-gewachsenen Diamantwellenleitern hergestellt wurden, in zeitgenössischer oder Zukunft anhebe. em> Experimente - natürlich wurde diese Methode in den historischen Einphotonen-Experimenten nicht verwendet!. Siehe:

Mark P. Hiscocks, Kumaravelu Ganesan, Brant C. Gibson, Shane T. Huntington, François Ladouceur und Steven Prawer, "Diamantwellenleiter, hergestellt durch reaktives Ionenätzen", Optics Express, 16 , Ausgabe 24, S. 19512-19519 (2008) http://dx.doi.org/10.1364/OE.16.019512

Dies kann sein frei heruntergeladen, und ich sollte meinen engen Kontakt mit mehreren der Autoren erklären, obwohl ich nicht Teil dieser Arbeit war.

Thomas M. Babinec, Birgit JM Hausmann, Mughees Khan, Yinan Zhang, Jeronimo R. Maze, Marko Lončar, Philip R. Hemmer &, "Eine Diamant-Nanodraht-Einzelphotonenquelle", Nature Nanotechnology 5 , 195 - 199 (2010)

Dieser ist kostenpflichtig, aber unabhängig von mir.

Diese Geräte könnten sowohl jetzt als auch in Zukunft experimentelle Anwendungen in anspruchsvolleren Einphotonenexperimenten finden, da man auslösen kann sie emittieren fast nach Bedarf einzelne Photonen, während gedimmte Lichtquellen einfach emittieren Photonen folgen zufällig einem Poisson-Prozess und können nicht ausgelöst werden. Ich habe mehrmals die Meinung einiger sehr kluger (viel hellerer als ich) Experimentatoren gehört, dass "niemand sich die Mühe machen würde", aber ich kann das Gefühl nicht loswerden, dass das Auslösen nützlich sein könnte, um noch darüber nachzudenken Experimente - Ich würde mich selbst als miesen Experimentator bezeichnen, aber es war einmal, als ich ein analoges Oszilloskop ziemlich gut steuern konnte, und das Auslösen macht ein nützliches Teil des Kits sicherlich zehnmal nützlicher!

So funktioniert die Einphotonenquelle mit Diamantwellenleiter. Man legt einen Diamantwellenleiter durch chemische Gasphasenabscheidung auf und formt die Umgebung durch reaktives Ionenätzen. Dann wird eine stark kontrollierte Menge Stickstoff in das Diamantgitter aufgenommen. Ein Stickstoffatom geht normalerweise nur drei kovalente Bindungen mit seinen Nachbarn ein, während Kohlenstoff normalerweise vier bildet, so dass bei einem Kohlenstoffatom mit einer kovalenten Bindung ein Elektron "baumelt", das im Gitter "baumelt", wo immer ein Stickstoff enthalten ist. Dieses "baumelnde Elektron" ist dann ein Fluorophor. Man kontrolliert die Stickstoffkonzentration sorgfältig und würfelt die Wellenleiter so, dass genau ein Fluorophorzentrum in jedem Wellenleitergerät vorhanden ist. Sie können dies tun, indem Sie mehrere Geräte gleichzeitig bauen, dann jedes testen und jedes mit keinem oder mehr als einem Fluorophor herauswerfen. Die Wellenleitervorrichtung kann dann leicht mit einer Einmoden-Lichtleitfaser gekoppelt werden, die die Vorrichtung mit der Außenwelt verbindet. Die extrem hohe Differenz des Brechungsindex von Diamant zu Luft (Diamant $ n = 2,4 $) und die Fähigkeit, Wellenleiter bis unter Wellenlängenabmessungen zu bauen, bedeuten, dass wir "Nanodrähte" herstellen können, die einfach modifiziert sind, aber auch ihre starken Wellenleitereigenschaften bedeuten, dass dort ist eine Wahrscheinlichkeit nahe der Einheit für das Photon, das vom baumelnden Elektron in den Einmodenwellenleiter fluoresziert. Jetzt haben wir also etwas, das sehr leicht mit anderen experimentellen Kits verbunden werden kann und nicht ausgerichtet werden muss.

Wenn die Zeit für die Verwendung des Geräts gekommen ist, bewirkt ein Triggersignal, dass ein optischer Pumplaser im Gerät das Gerät mit einem intensiven Lichtstrahl pulsiert, so dass das einzige Fluorophor im Gerät mit ziemlicher Sicherheit in seinen metastabilen Zustand gebracht wird . Gleichzeitig steuert ein optischer Hochleistungsschalter den optischen Ausgang des Geräts, sodass überhaupt kein Licht nach außen entweicht. Nachdem der Pumpimpuls abgeklungen ist, öffnet sich das optische Ausgangsgatter und das Fluorophor entspannt sich kurze Zeit später - die Fluoreszenzlebensdauer beträgt einige Nanosekunden. Obwohl diese Fluoreszenz durch eine exponentielle Zeit-bis-Emissions-Wahrscheinlichkeitsverteilung gesteuert wird, so dass sie genau wie die herkömmlichen gedimmten Lichtquellen stochastisch ist, bedeutet der Gate-Prozess, dass man die Zeit der Photonenemission auf wenige Nanosekunden steuern kann .

Darüber hinaus bedeutet die Kopplungswahrscheinlichkeit von Photonen nahe der Einheit in das Einmodenwellenleitersystem, dass es eine extrem niedrige Kopplungswahrscheinlichkeit für externe Photonen gibt, die mit dem Wellenleitermodus inkohärent sind, um sich einzukoppeln. Dieses System ist daher extrem immun gegen Streuung Licht, obwohl Experimente mit einem Photon durchgeführt werden: Die Exposition des Wellenleitersystems gegenüber normalen Raumlichtwerten bedeutet, dass fast keine Photonen eindringen - und das, bevor man das System schwärzt oder in eine Box legt. Dieses Gerät ist selbst in den Händen des Experimentators mit den meisten Schinkenfäusten nicht kontaminiert.

Die ursprüngliche und Hauptmotivation für diese Geräte sind keine Einphotonen-Doppelspaltexperimente, sondern Quellen für Quantenkryptographieprotokolle wie das Quantenschlüsselverteilungsprotokoll Bennett und Brassard (BB84).