Kvanttivalolähteitä sirulle

Yksittäinen kullan nanokuutio istuu WSe2 puolijohdekiteen päällä. Viiden nanometrin rako nanokuution pohjan ja alinna olevan kultapeilin välissä keskittää tarpeeksi energiaa fotonivirran luomiseksi.

Nanomittakaavan valonlähteitä voidaan nyt luoda aiempaa paremmalla tehokkuudella ja tarkkuudella, mikä antaa uusia mahdollisuuksia kehittää kvanttilaskentaa ja kvanttikryptografian kehitystä.

Stevens Institute of Technologyn ja Columbia Universityn tutkijat ovat kehittäneet skaalautuvan menetelmän kvanttivalolähteiden suuren määrän luomisesta sirupiirille ennennäkemättömällä tarkkuudella.

Sellainen ei ainoastaan saata avata tietä salauksen rikkomattomien salausjärjestelmien kehittämiselle mutta myös kvanttikoneille.

"Skaalattavien kvanttivalolähteiden etsintä on ollut käynnissä 20 vuotta ja viime aikoina siitä on tullut kansallinen prioriteetti", toteaa Stefan Strauf, joka johti työtä ja on Stevensin Nanophotonic Labin johtaja. "Tämä on ensimmäinen kerta, kun kukaan on saavuttanut tilaa koskevan hallintatason yhdistettynä tehokkuuteen sirulla, joka on skaalautuva, eli kaikki mitä tarvitaan kvanttiteknologioiden toteuttamiseen."

Aikaisemmat tutkimukset ovat tuottaneen kvanttiemittereitä määritellyissä paikoissa, mutta ne eivät ole olleet skaalautuvia tai tehokkaita yksittäisten fotonien laukaisemiseksi riittävän usein ollakseen käytännön kannalta hyödyllisiä.

Strauf ja hänen tiiminsä muuttivat tämän kaiken tekemällä ensimmäisenä yhdistäen tilan hallinnan ja skaalautuvuuden with kyvyllä emittoida tehokkaasti fotoneja tarpeen mukaan.

He venyttivät kultaisen kuution päälle WSe2 pulijohdekalvon niin, että se ulottuu kulmien yli ja muodostaa terävään kohtaan tehokkaan plasmonisen nanokaviteetin.

Lisäksi kultaisen nanokuution alla on pienen raon päässä kultainen peili, mikä luo optisen antennin, joka suppiloi kaikki fotonit tuohon viiden nanometrin rakoon keskittämällä näin kaiken energian", Strauf sanoo. "Olennaisesti se antaa tarvittavan lisäyksen yksittäisten fotonien nopealle emittoimiselle määritellystä paikasta ja halutusta suunnasta."

Tuloksena on ennätystaso 42 miljoonaa yksittäistä fotonia sekunnissa. Tutkijoiden mukaan emitterit ovat erittäin vakaita.

Useimmat kvanttiemitterit on pidettävä jäähdytettynä -273 °C:een, mutta uusi tekniikka toimii -70 °C:n lämpötilassa mutta tutkijoiden mukaan rakenteella on saavutettavissa myös huonelämpötilainen toiminta.

Aiheesta aiemmin:

Fotoni kerrallaan huonelämpötilassa

Materiaalia nopealle kvantti-internetille

Yksittäisiä fotoneja yksi kerrallaan