Yksittäisiä ja identtisiä fotoneja

Yksittäisien fotonien lähteet ovat keskeisiä komponentteja integroidun fotonikvanttiteknologian kannalta.

Puolijohteiset kvanttipisteet olisivat lähes ihanteellisia yksittäisien fotonin emissioon mutta käytännön komponenteissa tähän ei päästä.

Sheffieldin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet keinon tuottaa erittäin nopeasti yksittäisiä ja identtisiä fotonipulsseja. Yksittäiset fotonipulssit tarjoavat täydellisen turvallisuuden, koska salakuuntelu voidaan tunnistaa välittömästi.

Mutta yksittäisfotonien tuottaminen tarpeeksi nopeasti suurempien datamäärien siirtämiseksi on ollut haasteellista.

Sheffieldin tutkijatiimi on hyödyntänyt Purcell -ilmiötä fotonien nopeaan generointiin. Menetelmässä kvanttipiste sijoitetaan suuremman kiteen onteloon puolijohdesirulla. Kun pistettä pommitetaan laservalolla, mikä saa sen absorboimaan energiaa, joka sitten emittoituu fotonina.

Nanokiteen sijoittaminen hyvin pieneen onteloon saa laservalon poukkoilemaan seinämien sisäpuolella, mikä nopeuttaa fotonituotantoa Purcell -efektin avulla. Lisäksi Sheffieldin tutkijat onnistuivat välttämään laservalon sekoittumisen datalle tarkoitettujen fotonien kanssa.

Näin tutkijat onnistuivat tuottamaan fotoniemissioita noin 50 kertaa nopeammin kuin mitä olisi mahdollista ilman Purcell -vaikutusta.

Kvantti-informaation siirtoon kaivataan mahdollisimman identtisten fotonien virtaa.

Sellaiseen Marylandin yliopiston (UMD) tutkijat ovat osoittaneet lähestymistavan, joka mahdollistaa erilaisten piirirakenteiden toistuvasti lähettää melkein identtisistä yksittäisiä fotoneita.

UMD:n apulaisprofessori Mohammad Hafeziin johtama ryhmä kaksidimensionaalisen rengasresonaattoriryhmän generoimaan korreloituja fotonipareja spontaanilla neljän aallon sekoituksella mutta nyt valo ohjattiin rakenteen reunaan, jossa se on luontaisesti suojattu häiriöiltä topologisten reunatilojen avulla.

Tällaiset topologiset vaikutukset, jotka ovat ominaista bosonisille järjestelmille ja saattavat avata tietä vankkojen kvanttifotonistisen laitteiden kehittämiselle.

Aiheesta aiemmin:

Fotoni kerrallaan huonelämpötilassa