Novi kvantni uređaj stvara pojedinačne fotone i kodira informacije

Novi pristup kvantnim emiterima svetlosti stvara tok cirkularno polarizovanih pojedinačnih fotona, čestica svetlosti, što može biti korisno za niz kvantnih informacionih i komunikacionih primena, piše Eurek Alert.

Naučnici iz Nacionalne laboratorije Los Alamos postavili su dva različita, atomski tanka materijala da bi realizovali ovaj hiralni kvantni izvor svetlosti.

Preporučujemo

„Naše istraživanje pokazuje da je moguće da jednoslojni poluprovodnik emituje cirkularno polarizovanu svetlost bez pomoći spoljašnjeg magnetnog polja. Ovaj efekat je ranije postignut samo pomoću visokih magnetnih polja stvorenih glomaznim superprovodnim magnetima, uparujući kvantne emitere u vrlo složene fotonske strukture nanorazmera ili ubacujući spin-polarizovane prenosnike u kvantne emitere. Naš pristup efektom bliskosti ima prednost jeftinije izrade i pouzdanosti“, kaže Han Htun iz Laboratorije.

Stanje polarizacije predstavlja sredstvo kodiranja fotona, tako da je ovo postignuće važan korak na putu kvantne kriptografije ili kvantne komunikacije.

„Sa izvorom za generisanje toka pojedinačnih fotona i takođe uvođenje polarizacije, u suštini smo spojili dva uređaja u jedan“.

Useci kao ključ za fotoluminescenciju

Istraživački tim je radio na postavljanju sloja poluprovodnika od volfram-diselenida, debljine jednog molekula, preko debljeg sloja magnetnog poluprovodnika od nikl-fosfor-trisulfida.

Atomskom mikroskopijom napravljen je niz useka nanometarskih razmera na tankim naslaganim materijalima. Ti useci su otprilike 400 nanometara širine, tako da više od 200 takvih useka može lako stati na širinu ljudske vlasi.

Useci napravljeni atomskom mikroskopijom pokazali su se kao korisni za dva efekta kad je laser bio fokusiran na naslagane materijale. rvo, usek stvara udubljenje u potencijalnoj energetskoj zoni. Elektroni monosloja volfram-diselenida padaju u udubljenje. To stimuliše emisiju toka pojedinačnih fotona iz udubljenja.

Nanouseci takođe remete uobičajena magnetna svojstva podležećeg kristala nikl-fosfor-trisulfida, stvarajući lokalni magnetni moment okrenut nagore iz materijala. Taj magnetni moment cirkularno polarizuje fotone koji se emituju.

Da bi eksperimentalno potvrdili ovaj mehanizam, naučnici su prvo izvršili optičku spektroskopiju visokog magnetnog polja. Zatim su izmerili sićušno magnetno polje lokalnih magnetnih momenata.

Ti ekperimenti su potvrdili uspešnu demonstraciju novog pristupa kontrolisanju stanja polarizacije toka pojedinačnih fotona.

Kodiranje kvantnih informacija

Naučnici trenutno istražuju načine modulacije stepena cirkularne polarizacije pojedinačnih fotona putem električnih ili mikrotalasnih stimulacija. Ta sposobnost bi omogućila kodiranje kvantnih informacija u fotonski tok.

Dalje uparivanje fotonskog toka u talasovode – mikroskopske vodove svetla – dalo bi fotonska kola koja omogućavaju prenos fotona u jednom pravcu. Takva kola bi bila osnovni gradivni blokovi ultrabezbednog kvantnog interneta.

(Telegraf Nauka/EurekAlert)