Ultraveilige online communicatie, volledig onleesbaar indien onderschept, is een stap dichterbij met de hulp van een onlangs gepubliceerde ontdekking van de natuurkundige Ben Alemán van de Universiteit van Oregon.

Aleman, een lid van de UO's Center for Optical, Moleculair, en kwantumwetenschap, heeft kunstmatige atomen gemaakt die in omgevingsomstandigheden werken. Het onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Nano-letters , zou een grote stap kunnen zijn in de inspanningen om veilige kwantumcommunicatienetwerken en volledig optische kwantumcomputers te ontwikkelen.

"De grote doorbraak is dat we een eenvoudige, schaalbare manier om kunstmatige atomen op een microchip te nanofabriceren, en dat de kunstmatige atomen in lucht en bij kamertemperatuur werken, " zei Aleman, tevens lid van het Materials Science Institute van de UO.

"Onze kunstmatige atomen zullen veel nieuwe en krachtige technologieën mogelijk maken, "zei hij. "In de toekomst, ze kunnen worden gebruikt voor veiliger, veiliger, volledig privé communicatie, en veel krachtigere computers die levensreddende medicijnen kunnen ontwerpen en wetenschappers kunnen helpen een dieper begrip van het universum te krijgen door middel van kwantumberekening."

Jozua Ziegler, een promovendus-onderzoeker in het laboratorium van Alemán, en collega's boorden gaten - 500 nanometer breed en vier nanometer diep - in een dunne tweedimensionale plaat van hexagonaal boornitride, dat ook bekend staat als wit grafeen vanwege zijn witte kleur en atomaire dikte.

Om de gaten te boren, het team gebruikte een proces dat lijkt op wassen onder hoge druk, maar in plaats van een waterstraal gebruikt een gefocusseerde ionenstraal om cirkels in het witte grafeen te etsen. Vervolgens verwarmden ze het materiaal in zuurstof bij hoge temperaturen om resten te verwijderen.

Met behulp van optische confocale microscopie, Ziegler observeerde vervolgens kleine lichtvlekjes die uit de geboorde gebieden kwamen. Na analyse van het licht met fotonenteltechnieken, hij ontdekte dat de afzonderlijke heldere vlekken licht uitstraalden op het laagst mogelijke niveau - een enkel foton tegelijk.

Deze heldere vlekken met patronen zijn kunstmatige atomen en ze hebben veel van dezelfde eigenschappen als echte atomen, zoals enkelvoudige fotonenemissie.

Met het succes van het project, Aleman zei, de UO loopt nu voorop bij het ontwikkelen van dergelijke materialen in kwantumonderzoek. En dat tovert een glimlach op het gezicht van Alemán.

Toen hij in 2013 bij de UO kwam, hij was van plan om het idee na te streven dat kunstmatige atomen in wit grafeen kunnen worden gemaakt. Echter, voordat Alemán zijn eigen onderzoek in gang kon zetten, een ander universiteitsteam identificeerde kunstmatige atomen in vlokken wit grafeen.

Alemán probeerde vervolgens voort te bouwen op die ontdekking. Het fabriceren van de kunstmatige atomen is de eerste stap om ze te gebruiken als bronnen van afzonderlijke lichtdeeltjes in kwantumfotonische circuits, hij zei.

"Ons werk biedt een bron van enkele fotonen die kunnen fungeren als dragers van kwantuminformatie of als qubits. We hebben deze bronnen gemodelleerd, zoveel we willen maken, waar we willen, "Alemán zei. "We willen deze enkele fotonzenders in circuits of netwerken op een microchip modelleren, zodat ze met elkaar kunnen praten. of naar andere bestaande qubits, zoals solid-state spins of supergeleidende circuit-qubits."