Onderzoekers hebben de eerste quantum light-emitting diode (LED) gedemonstreerd die enkele fotonen en verstrengelde fotonparen uitzendt met een golflengte van ongeveer 1550 nm, die binnen het standaard telecommunicatievenster valt. Een enkele-fotonbron die op deze golflengte werkt, zal naar verwachting als een belangrijk onderdeel dienen in toekomstige kwantumnetwerken, quantumcommunicatiesystemen over lange afstand, apparaten voor kwantumcryptografie, en andere toepassingen.

De onderzoekers, Tina Muller et al., bij Toshiba Research Europe Limited, de Universiteit van Sheffield, en de Universiteit van Cambridge, hebben een artikel gepubliceerd over de nieuwe kwantumlichtbron in een recent nummer van: Natuurcommunicatie .

"Voor de eerste keer, kwantumapparaten kunnen voldoen aan de fundamentele vereisten van ultramoderne kwantumsleuteldistributie en kwantumcommunicatiesystemen, "Müller vertelde" Phys.org .

Het vermogen om losse fotonen en verstrengelde fotonparen in het telecomvenster uit te zenden is al heel lang een doel op het gebied van kwantumoptica. Hoewel er een verscheidenheid aan verschillende lichtbronnen bestaat die enkelvoudige en verstrengelde fotonen kunnen uitzenden (van individuele atomen tot kleurcentra in diamant), tot nu toe waren ze grotendeels beperkt tot kortere golflengten die ongeschikt zijn voor kwantumnetwerktoepassingen.

In de nieuwe studie de onderzoekers fabriceerden lichtgevende quantum dot-apparaten op basis van indiumfosfide, een materiaal dat momenteel wordt gebruikt in quantum dot-lasers om laserlicht te genereren met een golflengte van 1550 nm. Om dit materiaal in staat te stellen enkele fotonen en verstrengelde fotonparen op deze golflengte uit te zenden, de onderzoekers gebruikten een groeimethode genaamd metaalorganische dampfase-epitaxie om individuele indiumfosfide-kwantumdot-druppeltjes te laten groeien, " die de basis vormen voor de quantum-LED's.

Een ander voordeel van de nieuwe quantum-LED's is dat ze kunnen werken bij temperaturen tot 93 K, die aanzienlijk hoger is dan de bedrijfstemperaturen van andere kwantumlichtbronnen. Een hogere bedrijfstemperatuur zorgt voor eenvoudigere integratie met bestaande apparaten, en de onderzoekers verwachten dat de bedrijfstemperatuur van de nieuwe apparaten met enkele aanpassingen nog verder kan worden verbeterd.

Vooruit gaan, de onderzoekers verwachten dat de nieuwe kwantum-LED's een aanzienlijke impact zullen hebben op de ontwikkeling van kwantumnetwerktechnologie, inclusief het kwantuminternet. Bijvoorbeeld, de apparaten kunnen worden geïntegreerd met kwantumrelais en repeaters om het bereik van kwantumnetwerken uit te breiden. De onderzoekers verwachten ook dat de kwantumlichtbronnen in gepulseerde modus kunnen werken wanneer ze worden geïntegreerd met radiofrequentie-elektronica. Hun volgende stappen zullen zijn om verbeteringen aan te brengen om deze toepassingen te realiseren.

"We zullen de prestaties en grootte van onze apparaten verder optimaliseren om integratie in quantumcommunicatiesystemen op lange afstand te vergemakkelijken, ' zei Muller.

© 2018 Fys.org