Vetyä ja kvanttielektroniikkaa

Yksittäisten fotonien taajuuden ylösmuuntaminen sirottamalla pois liikkuvaa taitekerroinhilaa, joka syntyy vetykaasun molekyylivärähtelyistä

Valokvantit - fotonit - muodostavat perustan kvanttiavainten jakelulle nykyisissä salatuissa verkoissa. Ennen kuin kvanttiteknologian valtava potentiaali on täysin toteutunut, edessä on kuitenkin useita haasteita.

Ratkaisu yhteen näistä on nyt löydetty.

Tutkimusartikkelissaan Max Planck Institute for the Science of Lightin David Novoan, Nicolas Jolyn ja Philip Russellin johtamat ryhmät raportoivat läpimurron yksittäisten fotonien taajuuden ylösmuuntamisessa, joka perustuu vetykaasulla täytettyyn onttoytimiseen fotonikidekuituun (PCF).

Ensin kaasuun luodaan molekyylivärähtelyjen spatio-temporaalinen hologrammi stimuloidulla Raman-sironnalla. Tätä hologrammia käytetään sitten yksittäisten fotonien tehokkaaseen, korrelaatiota säilyttävään taajuusmuunnokseen.

Järjestelmä toimii paineviritettävällä aallonpituudella, mikä tekee siitä mahdollisesti mielenkiintoisen kvanttiviestinnässä, jossa tehokkaita erottumattomien yksifotonien lähteitä ei ole saatavilla olemassa olevien kuituverkkojen kanssa yhteensopivilla aallonpituuksilla.

Lähestymistavassa yhdistyvät kvanttioptiikka, kaasupohjainen epälineaarinen optiikka, onttoytiminen PCF ja molekyylivärähtelyjen fysiikka muodostaen tehokkaan työkalun, joka voi toimia millä tahansa spektrikaistalla ultraviolettisäteilystä keski-infrapunaan - erittäin laajalla toiminta-alueella toimien nykyisten teknologioiden ulottumattomissa.

Löydöksiä voidaan käyttää kehittämään kuitupohjaisia työkaluja teknologioissa, kuten kvanttiviestinnässä ja kvanttitehostetussa kuvantamisessa.

City College of New Yorkin fyysikon Lia Krusin-Elbaumin johtama tiimi on tehnyt läpimurtotutkimuksen, joka voisi avata uusia kvanttilaitealustoja topologisten tilojen hyödyntämiseen nanospintroniikassa ja vikasietoisessa kvanttilaskennassa.

Tutkijatiimi on kehittänyt uuden helpon ja tehokkaan tekniikan, joka käyttää ionista vetyä varauksenkuljettajien tiheyden vähentämiseen kolmiulotteisissa (3D) topologisissa eristeissä ja magneeteissa. Tuloksena on, että vankkoja ei-hajoavia pinnan tai reunan kvanttijohtavuuskanavia voidaan käyttää manipulointia ja ohjausta varten.

Heidän tutkimuksensa "Topologiset pintavirrat, joihin päästään kolmiulotteisen bulkin palautuvan hydrauksen avulla", julkaistii Nature Communications -lehdessä.

"Tämän työn tärkein edistysaskel on, että uusi hydrausprosessi on täysin palautuva. "Se on myös moninkertaisesti syklisoitavissa ja toistettavissa, mikä ratkaisee yhden magneettisten ja ei-magneettisten topologisten eristeiden tärkeimmistä rajoituksista, ja sitä voidaan soveltaa materiaalien lisäksi myös täysin valmistettuihin nanolaitteisiin," toteaa Krusin-Elbaum.

Tutkijatiimi kertoo, että heidän osoittamansa tekniikka on hyvin yleinen ja voi viime kädessä edistää sisäisten topologisten magneettien mahdollisuuksia muuttaa tulevaisuuden kvanttielektroniikkaa.

Aiheista aiemmin:

Molekyylivika perovskiittikennossa

Hiiliseostus muuttaa puolijohtavaa 2D-materiaalia