Однофотонный излучатель обеспечит квантовую обработку данных

Национальная лаборатория Лос-Аламоса выпустила первый материал, способный к однофотонному излучению при комнатной температуре и на телекоммуникационных длинах волн. Эти квантовые излучатели на основе углеродных нанотрубок могут быть важны для оптической квантовой обработки информации и информационной безопасности, а также представляют значительный интерес для сверхчувствительных зондирования, метрологии и изображений и в качестве источников фотонов для фундаментальных исследований в квантовой оптике.

«С помощью химической модификации поверхности нанотрубок для управляемого ввода светоизлучающих дефектов, мы разработали углеродные нанотрубки в качестве источника одиночных фотонов, приблизив тем самым внедрение квантовых излучателей на основе дефектов, работающих при комнатной температуре, и демонстрируя их функцию в технологически полезном диапазоне длин волн», - сказал Стивен Дорн (Stephen Doorn), руководитель проекта в Лос-Аламосе и член Центра интегрированных нанотехнологий (CINT). «В идеальном случае один фотонный излучатель должен обеспечивать как работу при комнатной температуре, так и излучение на телекоммуникационных длинах волн, но это оставалось труднодостижимой целью. До настоящего времени материалы, которые могли бы действовать как одиночные фотонные эмиттеры в этих длинах волн, должны были охлаждаться до температуры жидкого гелия, что делает их гораздо менее полезными для конечных приложений или научных целей», - добавил он.

Критическим прорывом в работе CINT стала способность команды заставлять нанотрубку испускать свет вдоль трубки из одной точки только на дефектном участке. Ключом к этому было ограничение уровня дефектов по одному на трубку. Одна трубка, один дефект, один фотон. , , , Испуская только один фотон за один раз, можно управлять квантовыми свойствами фотонов для хранения, манипуляции и передачи информации.

Исследователи из CINT смогли достичь этой степени контроля, используя химию на основе диазония, процесса, с помощью которого они связывали органическую молекулу с поверхностью нанотрубки для получения дефекта. Реакция химического взаимодействия диазония позволила обеспечить контролируемое введение дефектов на основе бензола с пониженной чувствительностью к естественным колебаниям в окружающей среде. Важно отметить, что универсальность химии диазония также позволила исследователям получить доступ к присущей нанотрубкам настраиваемости длин волн излучения.

Длина волн (или цвет) фотонов, созданных при большинстве других подходов, была слишком коротка для телекоммуникационных применений, где фотонами нужно было эффективно манипулировать, а затем транспортировать в оптических схемах. Команда обнаружила, что, выбирая нанотрубку соответствующего диаметра, излучение одиночных фотонов может быть настроено на область длин волн для телекоммуникаций.

Углеродные нанотрубки с такой функциональностью имеют значительные перспективы для дальнейшего развития, отметил Дорн, включая интеграцию в фотонные, плазмонные и метамагнитные структуры для дальнейшего управления квантовыми эмиссионными свойствами и внедрения в электронные устройства и оптические схемы для разнообразных приложений.

Исследователи из Национальной лаборатории Лос-Аламоса получили первый известный материал, способный к однофотонному излучению при комнатной температуре и на телекоммуникационных длинах волн с использованием химически функционализированных углеродных нанотрубок

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365