Hiilinanoputkista yksittäisten fotonien valonlähde

RIKEN tutkijat ovat valmistaneet pieniä hiiliputkia, jotka emittoivat yksittäisiä fotoneja vain yhdestä pisteestä koko pituudeltaan.

Tällaiset hiilinanoputket voisivat muodostaa perustan tulevaisuuden valoon perustuville kvanttiteknologioille.

Optisissa kuiduissa valo toimii datansiirron perustana jo nyt mutta sen kvanttiluonteen valjastaminen voisi tarjota useita etuja, kuten vahvan turvallisuuden, koska kaikki kolmannen osapuolen tekemät hyökkäykset voidaan havaita.

Tavoiteltu kvanttiviestintäteknologia vaatii valonlähteitä, jotka lähettävät yhden fotonin kerrallaan. Useat järjestelmät pystyvät toteuttamaan tämän, mutta niistä hiilinanoputket ovat lupaavimpia.

”Hiilinanoputket ovat ainoita kvanttisäteilijöitä, jotka voivat emittoida yksittäisiä fotoneja huoneenlämmössä ja myös teleliikenteessä käytettävillä aallonpituuksilla”, selittää Yuichiro Kato RIKEN Center for Advanced Photonicsista. ”Tämä tekee niistä erittäin houkuttelevia tosielämän sovelluksissa.”

Yksi nanoputkien ongelma on kuitenkin se, että niiden pituudella olevien yksittäisiä fotoneja emittoivien pisteiden määrää ja tarkkaa sijaintia on ollut vaikea hallita.

Nyt Kato on työtovereineen voittaneet molemmat ongelmat ja tuottaneet nanoputkia, jotka emittoivat yksittäisiä fotoneja yhdestä pisteestä, jonka sijaintia voidaan hallita.

Katon mukaan tämä demonstraatio vie valmistustarkkuuden uudelle tasolle. ”Me menemme jo nanoteknologian tuolle puolen”, hän sanoo. ”Tämä on astumassa atomisesti määritellyn teknologian maailmaan – se on minusta aika jännittävää.”

Tutkimusryhmä teki tämän ripustamalla hiilinanoputken vain mikrometriä leveän syvennyksen poikki ja altistamalla sen jodibentseenihöyrylle. Sitten he kohdistivat ultraviolettisäteen yhteen pisteeseen hiilinanoputkessa. Ultraviolettisäteen ja jodibentseenin yhdistelmä synnyttää hiilinanoputkiin värikeskuksiksi kutsuttuja virheitä.

Varmistaakseen, että nanoputkeen muodostui vain yksi värikeskus, tiimi seurasi jatkuvasti emittoituvaa valoa. He pysäyttivät reaktion välittömästi, kun he huomasivat valossa muutoksen, joka viittasi värikeskuksen muodostumiseen. Värikeskuksen sijaintia voitiin hallita mikrometrin tarkkuudella.

Katon perimmäisenä tavoitteena on luoda rakenteita, jotka sisältävät yksittäisiä fotoneja emittoivia nanoputkia. ”Haluamme integroida ne fotonipiireihin siruilla”, Kato sanoo. ”Ja sitten kun meillä on siru, voimme luultavasti alkaa keskustella fotoniikan valmistajien kanssa tosielämän sovelluksista.”

Aiheesta aiemmin:

Yksittäisfotonien teknologia tukee kvanttitietoliikenneverkkoa

Yhden fotonin emittereitä piille

Kahmaloittain fotoneja