Излучатель фотонов на 2D-полупроводниках управляется электричеством
Инструменты для генерации одиночных фотонов пока не обеспечивают точность и стабильность, необходимые для квантовых информационных технологий. Однако недавно в журнале Science Advances команда исследователей из Национальной лаборатории Беркли рапортовала о найденном ими высокоперспективном способе генерации таких частиц по требованию.
Экспериментальный излучатель фотонов основан на обычном двумерном полупроводниковом материале (дисульфид вольфрама, WS2), из кристаллической структуры которого в точно выверенной позиции удалён атом серы. Этот атомный дефект или вакансия испускает одиночные фотоны под действием электрического тока.
Ключом к эксперименту является покрытое золотом остриё зонда сканирующего туннельного микроскопа, которое можно расположить точно над местом дефекта в тонкоплёночном материале. Под действием разности электрических потенциалов с острия в дефект вводится электрон. При перемещении (туннелировании) этого электрона, четко определенная часть его энергии преобразуется в одиночный фотон. Кончик зонда также действует как антенна, помогая направлять излучаемый фотон к оптическому детектору, который регистрирует его длину волны и местоположение.
Тонкие плёнки двумерных материалов являются мощной платформой для следующего поколения фотонный эмиттеров. Они обладают гибкостью и легко интегрируются с другими структурами, обеспечивают систематический способ беспрецедентного контроля над испусканием фотонов. Основываясь на полученных результатах, исследователи планируют работать над созданием практических источников фотонов для квантовых сетей и систем квантового моделирования.
Продемонстрированный в лаборатории Беркли излучатель можно использовать для передачи информации между квантовыми процессорами на разных микросхемах и, в конечном итоге, масштабировать для более крупных процессоров и будущего квантового Интернета, который соединит сложные компьютеры по всему миру.