Kvanttilomittumista nanomitoissa ja valonlähteitä kvanttiteknologialle

Columbia Engineeringin tutkijoiden ja yhteistyökumppaneiden johtama ryhmä esittelee uutta menetelmää fotoniparien luomiseksi tavalla, joka saavuttaa paremman suorituskyvyn sirulle sopivalla rakenteella käyttämällä vähemmän energiaa.

Rakenteen luomiseen tutkijat käyttivät ohuita molybdeenidisulfidin van der Waalsin kiteitä. Sitten he kerrostivat kuusi tällaista kidekappaletta pinoksi, ja jokaista kappaletta käännettiin 180 astetta suhteessa ylä- ja alapuolella oleviin kidelevyihin. Kun valo kulkee tämän pinon läpi, kvasifaasisovitukseksi nimetty ilmiö manipuloi valon ominaisuuksia siten, että se mahdollistaa parillisten fotonien luomisen.

"Uskomme, että tämä läpimurto tekee van der Waalsin materiaalit seuraavan sukupolven epälineaaristen ja kvanttifotonisten arkkitehtuurien ytimeksi, ja ne ovat ihanteellisia ehdokkaita mahdollistamaan kaikki tulevaisuuden on-chip-teknologiat ja korvaamaan nykyiset bulkki- ja periodellisesti navoitetut (poled) kiteet", Jim Schuck sanoo.

"Näillä innovaatioilla on välitön vaikutus monilla aloilla, mukaan lukien satelliittipohjainen jakelu ja matkapuhelinten kvanttiviestintä."

Jokin aika sitten myös Nanyangin teknillisen yliopiston (NTU Singapore) tutkijat raportoivat kvanttilomittuneen fotoniparin generoinnista van der Waals -tekniikan avulla kaksiulotteisilla materiaaleilla.

NTU:n tutkijat kohdistivat kaksi niobiumoksididikloridista hiutaletta kohtisuoraan toisiaan nähden, jolloin he saivat aikaan polarisaatioon lomittuneita fotonipareja kahden hiutaleen bifotoniemission interferenssin kautta.

Montanan yliopistossa yhteistyössä Columbia Universityn ja Honda Research Instituten kanssa tehdyt kokeet ovat johtaneet yksittäisten valon fotonien emissioon uudentyyppisessä kvanttimateriaalissa – saavutus, joka voi johtaa ohjattavien valonlähteiden kehittämiseen kvanttiteknologioissa käytettäviksi.

Kyky emittoida yksittäisiä fotoneja kerrallaan tiedetään esiintyvän suurissa 2D-materiaalilevyissä ja projektiryhmän tekemä havainto on ensimmäinen osoitus siitä, että sitä esiintyy myös näissä paljon pienemmissä nauharakenteissa.

Avetik Harutyunyan, HRI:n johtava tutkija, sanoi: "Teknologiamme tarjoaa uuden tavan syntetisoida kvanttinanonauhat tarkalla leveyden säädöllä hyödyntäen niiden ainutlaatuisia mekaanisia ja elektronisia ominaisuuksia yksittäisen fotonin valolähteenä, joilla voi toteuttaa turvallisen kvanttiviestinnän."

Tämän projektin yhteistyökumppanit pystyivät koodaamaan informaatiota uuden nanonauhamateriaalin emittoimien yksittäisten fotonien virrassa. He sanovat, että tällaisia virtoja voitaisiin käyttää salatun informaation luomiseen ja jakamiseen valittujen lähettimien ja vastaanottimien välillä.

Aiheesta aiemmin:

Monen fotonin generaattori sirulle

Kvanttivalo syntyy renkaassa ja lähtee kiertueelle

Kvanttivalolähde sirulle ja skaalautuvuutta kvanttipilveen