Pogingen om betrouwbare op licht gebaseerde kwantumcomputers te creëren, kwantumsleuteldistributie voor cyberbeveiliging, en andere technologieën kregen een boost van een nieuwe studie die een innovatieve methode demonstreerde voor het maken van dunne films om de emissie van afzonderlijke fotonen te beheersen.

"Het efficiënt beheersen van bepaalde dunne-filmmaterialen zodat ze enkele fotonen uitzenden op precieze locaties - wat bekend staat als deterministische kwantumemissie - maakt de weg vrij voor kwantummaterialen buiten het laboratorium, " zei Michael Pettes, een Los Alamos National Laboratory materiaalwetenschapper en leider van het multi-institutionele onderzoeksteam.

De schaalbaarheid van deze tweedimensionale, wolfraam/selenium dunne films maken ze potentieel bruikbaar in processen om kwantumtechnologieën te vervaardigen. Het genereren van één foton is een vereiste voor volledig optische kwantumcomputing en sleuteldistributie in kwantumcommunicatie, en het is cruciaal voor het bevorderen van kwantuminformatietechnologieën.

Het project, gedocumenteerd als een aanbevolen artikel in het tijdschrift Technische Natuurkunde Brieven deze week, exploiteert spanning op zeer ruimtelijk gelokaliseerde en goed gescheiden emissielocaties, of tips, in een wolfraam/seleniumfilm. Het team heeft de film gesynthetiseerd door middel van chemische dampafzetting met behulp van een meerstaps, diffusiegemedieerde gasbron.

Omdat het materiaal erg dun is, het past zich aan de straal van de punten aan en het materiaal buigt meer dan een paar procent naar de ondergrond, als iemand die op een spijkerbed ligt. De resulterende spanning is voldoende om de elektronische structuur te veranderen, maar alleen bij de tips. Het getroffen gebied straalt licht uit van een andere kleur en aard dan het licht van de rest van de film.

"Hoewel er meer onderzoek nodig is om de rol van mechanische vervorming bij het creëren van deze kwantumemissielocaties volledig te begrijpen, we kunnen een route mogelijk maken om kwantumoptische eigenschappen te regelen door spanning te gebruiken, Pettes zei. "Deze single-photon bronnen vormen de basis voor op fotonica gebaseerde, volledig optische kwantumcomputerschema's."

Engineering van kwantumemissie in 2D-materialen bevindt zich nog in een zeer vroeg stadium, merken de auteurs op. Hoewel studies enkele fotonen hebben waargenomen die afkomstig zijn van defectstructuren in deze materialen, eerder werk heeft gesuggereerd dat niet-uniforme spanningsvelden het effect zouden kunnen bepalen. Echter, het mechanisme dat verantwoordelijk is voor dit opkomende fenomeen blijft onduidelijk en is de focus van het lopende werk bij Los Alamos.