Uusi tekniikka parantaa monifotonisen tilan muodostumista03.09.2025
Yleensä tutkijat käyttävät yhtä kvanttipistettä ja multipleksoivat emission eri spatiaalisiin ja temporaalisiin moodeihin käyttämällä nopeaa elektro-optista modulaattoria. Tässä ilmenee teknologinen haaste: nopeammat elektro-optiset modulaattorit ovat kalliita ja vaativat usein hyvin räätälöityä suunnittelua. Lisäksi ne eivät välttämättä ole kovin tehokkaita, mikä aiheuttaa ei-toivottuja häviöitä järjestelmään. Kansainvälinen tutkimusryhmä, jota johtaa Vikas Remesh Innsbruckin yliopiston kokeellisen fysiikan laitoksen fotoniikkaryhmästä ja johon osallistuu tutkijoita Cambridgen yliopistosta, Johannes Kepler -yliopistosta Linzistä ja muista laitoksista, on nyt osoittanut elegantin ratkaisun, joka kiertää nämä rajoitukset. Heidän lähestymistapansa käyttää puhtaasti optista tekniikkaa, jota kutsutaan stimuloiduksi kahden fotonin herätteeksi, luodakseen fotonivirtoja eri polarisaatiotiloissa suoraan kvanttipisteestä ilman aktiivisia kytkentäkomponentteja. Tiimi esitteli tekniikkaansa luomalla korkealaatuisia kahden fotonin tiloja, joilla on erinomaiset yksittäisten fotonien ominaisuudet. ”Menetelmä toimii siten, että kvanttipiste viritetään ensin tarkasti ajoitetuilla laserpulsseilla bieksitonisen tilan luomiseksi, minkä jälkeen polarisaatio-ohjatut stimulaatiopulssit laukaisevat deterministisesti fotoniemission halutussa polarisaatiossa”, selittävät tutkimuksen ensimmäiset kirjoittajat Yusuf Karli ja Iker Avila Arenas. ”Tämän lähestymistavan tekee erityisen elegantiksi se, että olemme siirtäneet monimutkaisuuden kalliista, häviöitä aiheuttavista elektronisista komponenteista yksittäisten fotonien säteilyn jälkeen optiseen viritysvaiheeseen, ja se on merkittävä askel eteenpäin kvanttipistelähteiden käytännöllisyyden parantamisessa tosielämän sovelluksissa”, toteaa tutkimuksen johtava tutkija Vikas Remesh. Tulevaisuudessa tutkijat aikovat laajentaa tekniikkaa siten, että se tuottaisi fotoneja mielivaltaisilla lineaarisilla polarisaatiotiloilla käyttämällä erityisesti suunniteltuja kvanttipisteitä. ”Tutkimuksella on välittömiä sovelluksia turvallisissa kvanttiavainten jakeluprotokollissa, joissa useat riippumattomat fotonivirrat voivat mahdollistaa samanaikaisen turvallisen viestinnän eri osapuolten kanssa, sekä monifotonisten interferenssien kokeissa, jotka ovat erittäin tärkeitä jopa kvanttimekaniikan perusperiaatteiden testaamiseksi”, selittää Gregor Weihs, Innsbruckin fotoniikan tutkimusryhmän johtaja. Aiheesta aiemmin: Monifotoninen lomittuminen metapinnan avulla Rajojen rikkominen: Kvanttikoherenssi klassisissa valojärjestelmissä Monen fotonin generaattori sirulle |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Kvanttipisteitä – puolijohteisia nanorakenteita, jotka voivat emittoida yksittäisiä fotoneja tarvittaessa – pidetään lupaavimpien fotonisten kvanttilaskennan lähteiden joukossa. Jokainen kvanttipiste on kuitenkin hieman erilainen ja voi emittoida hieman eri väriä. Tämä tarkoittaa, että monifotonitilojen tuottamiseen emme voi käyttää useita kvanttipisteitä.