Een internationaal team onder leiding van het Institute of Materials Science (ICMUV) van de Universiteit van Valencia heeft een optische (kwantum)schakelaar ontwikkeld die de emissie-eigenschappen van fotonen wijzigt, de deeltjes van elektromagnetische straling. Het nieuwe apparaat werkt met ultrasnelle schakeltijden en een zeer laag energieverbruik en, in vergelijking met andere ontwerpen, het kan worden geïmplementeerd in een verscheidenheid aan halfgeleiderplatforms en is van grote toepassing in de huidige kwantumtechnologieën.

Het team gecoördineerd door Guillermo Muñoz Matutano, onlangs hersteld naar ICMUV, heeft gepubliceerd in het tijdschrift Communicatie Fysica , van de Nature Publishing Group, het ontwerp, gebouw, experimentele meting en simulatie van deze fotonschakelaar.

Het werkingsprincipe van het apparaat is gebaseerd op de nanogestructureerde kwantumopsluitingstechnologie voor halfgeleiders, Dit zijn kleine structuren van nanometrische grootte die in staat zijn om licht te absorberen en uit te zenden. De optische eigenschappen van deze materialen, kwantumstippen genoemd, zijn vergelijkbaar met die van geïsoleerde atomen en hun emissie van licht vindt plaats van foton tot foton. Ze zijn erg interessant voor het ontwikkelen van kwantumtechnologieën, aangezien geïsoleerde fotonen of paren fotonen kunnen worden gebruikt om overlappende of verstrengelingsomstandigheden te reproduceren.

Momenteel, een van de wetenschappelijke en technologische uitdagingen op dit gebied is gericht op de ontwikkeling van logische poorten en optische circuits die bewerkingen kunnen uitvoeren met fotonen, en op deze manier, werk en wijzig de informatie onder de kwantumbeschrijving. Daarom, gereedschappen en materialen die de emissie van fotonen individueel kunnen beïnvloeden zijn noodzakelijk. Van hen allemaal, degenen die fotonen manipuleren en besturen met behulp van licht zijn erg interessant, omdat geketende systemen kunnen worden gebouwd of ze kunnen een grote vermindering van het energieverbruik betekenen. Dit is het geval bij volledig optische apparaten.

Het hoofdidee van het werk kwam tot stand door een samenwerking met onderzoeker Massimo Gurioli, van de Universiteit van Florence en het Europese niet-lineaire spectroscopielaboratorium. In het kader van deze samenwerking werden de processen van accumulatie en verzadiging van de lading in kwantumdots van indiumarsenide (InAs) bestudeerd volgens het vermogen en de kleur van de lichtlaser.

Een van de opvallende eigenschappen van het nieuwe apparaat is dat naast de tijdelijke schakeling, een omschakeling van de kleur van het uitgezonden foton (zijn golflengte) kan worden toegevoegd als twee verschillende lasers worden gebruikt. Deze kwaliteit stelt ons in staat om apparaten te bedenken voor het multiplexen van fotonen op golflengte (combinatie van twee of meer informatiekanalen in een transmissiemedium), zodat elke kleur van het foton wordt geassocieerd met een van deze kanalen. Eindelijk, het fysieke principe waarmee het apparaat werkt, wordt vervuld door vele andere nanostructuren voor kwantumopsluiting, dus dit nieuwe ontwerp vertegenwoordigt een algemeen schema dat kan worden geïmplementeerd in een breed scala aan halfgeleiderplatforms.

Het onderzoek van een netwerk van universiteiten omvat de Optoelectronic Materials and Devices Unit (UMDO) van de ICMUV, geleid door Juan P. Martínez Pastor, Hoogleraar van de vakgroep Technische Natuurkunde en Elektromagnetisme. De belangrijkste materialen van het apparaat werden vervaardigd door de groep van Luca Saravalli, een onderzoeker bij het Italiaanse CNR, terwijl de simulatie van de werking ervan werd uitgevoerd door middel van een samenwerking met Mattias Johnsson en Thomas Volz, van de ARC Engineered Quantum Systems (EQUS) van Australië, waar Guillermo Muñoz de afgelopen drie jaar als senior onderzoeker heeft gewerkt.