Onderzoekers van het U.S. Naval Research Laboratory (NRL) ontwikkelden een nieuwe techniek die toekomstige vooruitgang in de kwantumtechnologie mogelijk zou kunnen maken.

De techniek knijpt kwantumstippen, kleine deeltjes gemaakt van duizenden atomen, om enkele fotonen (afzonderlijke lichtdeeltjes) uit te zenden met precies dezelfde kleur en met posities die minder dan een miljoenste van een meter uit elkaar kunnen liggen.

"Deze doorbraak zou de ontwikkeling van kwantuminformatietechnologieën en hersengeïnspireerde computers kunnen versnellen, " zei Allan Bracker, een chemicus bij NRL en een van de onderzoekers van het project.

Om kwantumstippen te laten "communiceren" (interactie), ze moeten licht op dezelfde golflengte uitstralen. De grootte van een kwantumdot bepaalt deze emissiegolflengte. Echter, net zoals geen twee sneeuwvlokken hetzelfde zijn, geen twee kwantumstippen hebben precies dezelfde grootte en vorm - tenminste wanneer ze in eerste instantie worden gemaakt.

Deze natuurlijke variabiliteit maakt het voor onderzoekers onmogelijk om kwantumstippen te creëren die licht uitstralen met precies dezelfde golflengte [kleur], zei NRL-natuurkundige Joel Grim, de hoofdonderzoeker van het project.

"In plaats van kwantumstippen perfect identiek te maken om mee te beginnen, we veranderen daarna hun golflengte door ze te krimpen met lasergekristalliseerd hafniumoxide, Grim zei. "De krimpfolie knijpt de kwantumstippen, die hun golflengte op een zeer controleerbare manier verschuift."

Terwijl andere wetenschappers in het verleden "afstemming" van quantum dot-golflengten hebben aangetoond, dit is de eerste keer dat onderzoekers dit precies hebben bereikt in zowel golflengte als positie.

"Dit betekent dat we het niet alleen voor twee of drie kunnen doen, maar voor veel kwantumstippen in een geïntegreerde schakeling, die kunnen worden gebruikt voor optische, in plaats van elektrische computers, ' zei Bracker.

Dankzij de brede expertise van onderzoekers en wetenschappelijke middelen bij NRL kon het team in relatief korte tijd verschillende benaderingen testen om deze quantum dot-doorbraak te realiseren.

"NRL heeft faciliteiten in huis voor kristalgroei, apparaat fabricage, en kwantum optische metingen, Grim zei. "Dit betekent dat we onze inspanningen onmiddellijk konden coördineren om ons te concentreren op het snel verbeteren van de materiaaleigenschappen."

Volgens Grim en Bracker, deze mijlpaal in de manipulatie van kwantumstippen zou de basis kunnen leggen voor toekomstige vooruitgang op een aantal gebieden.

"NRL's nieuwe methode voor het afstemmen van de golflengte van kwantumstippen zou nieuwe technologieën mogelijk kunnen maken die de vreemde eigenschappen van de kwantumfysica gebruiken voor computers, communicatie en gevoel, "Zei Bracker. "Het kan ook leiden tot 'neuromorfe' of hersengeïnspireerde computers op basis van een netwerk van kleine lasers."

Toepassingen waarin ruimte en energie-efficiëntie beperkende factoren zijn, kunnen ook profiteren van deze baanbrekende aanpak, aldus onderzoekers.