2019-08-02 00:02:01
量子光源为光学电路铺平了道路

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由慕尼黑工业大学(TUM)的物理学家Alexander Holleitner和Jonathan Finley领导的国际团队成功地将光源放置在原子级薄的材料层中,精度仅为几纳米。这种新方法允许量子技术中的众多应用,从量子传感器和智能手机中的晶体管到用于数据传输的新加密技术。

芯片上的先前电路依赖于电子作为信息载体。将来,以光速传输信息的光子将能够在光学电路中承担这项任务。然后需要量子光源,其与量子光纤电缆和检测器连接,作为这种新芯片的基本构建块。

由TUM物理学家Alexander Holleitner和Jonathan Finley领导的国际团队现已成功地在原子级薄的材料层中创建了这样的量子光源,并以纳米精度放置它们。

迈向光量子计算机的第一步

“这是迈向光学量子计算机的第一个关键步骤,”该研究的第一作者朱利安克莱因说。 “因为对于未来的应用,光源必须与光子电路,波导耦合,例如,以便使基于光的量子计算成为可能。”

这里的关键点是光源的精确和精确可控的放置。可以在诸如金刚石或硅的传统三维材料中产生量子光源,但是它们不能精确地放置在这些材料中。

确定性缺陷

然后物理学家使用一层半导体二硫化钼(MoS2)作为起始材料,只有三个原子厚。他们用氦离子束照射它,它们聚焦在小于1纳米的表面积上。

为了产生光学活性缺陷,将所需的量子光源,钼或硫原子精确地锤出该层。瑕疵是所谓的激子,电子 - 空穴对的陷阱,然后发射所需的光子。

从技术上讲,沃尔特肖特基研究所纳米技术和纳米材料中心的新型氦离子显微镜可用于以无与伦比的横向分辨率照射这种材料,对此至关重要。

在通向新光源的道路上

与TUM,马克斯普朗克学会和不来梅大学的理论家一起,该团队开发了一个模型,该模型还描述了在理论上的缺陷中观察到的能量状态。

在未来,研究人员还希望在横向二维晶格结构中创建更复杂的光源图案,以便研究多激子现象或特殊材料特性。

这是一个世界的实验门户,这个世界在理论上已经在所谓的Bose-Hubbard模型的背景下进行了描述,该模型试图解释固体中的复杂过程。

量子传感器,晶体管和安全加密

并且不仅在理论上,而且在可能的技术发展方面都可能取得进展。由于光源在材料中总是具有相同的潜在缺陷,因此它们在理论上是难以区分的。这允许基于量子力学纠缠原理的应用。

“有可能将我们的量子光源非常优雅地集成到光子电路中,”Klein说。 “例如,由于高灵敏度,可以为智能手机构建量子传感器,并为数据传输开发极其安全的加密技术。”

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