Et polaritonfilter forvandler almindeligt laserlys til kvantelys

Et internationalt team af forskere ledet fra Macquarie University har demonstreret en ny tilgang til at konvertere almindeligt laserlys til ægte kvantelys.

Deres tilgang bruger nanometer-tykke film fremstillet af galliumarsenid, som er et halvledermateriale, der er meget udbredt i solceller. De klemmer de tynde film mellem to spejle for at manipulere de indkommende fotoner.

Fotonerne interagerer med elektronhulspar i halvlederen, danner nye kimære partikler kaldet polaritoner, der bærer egenskaber fra både fotoner og elektronhullepar. Polaritonerne forfalder efter et par picosekunder, og de fotoner, de frigiver, udviser tydelige kvantesignaturer.

Teamernes forskning blev offentliggjort natten over i tidsskriftet Naturmaterialer .

Selvom disse kvanteunderskrifter er svage i øjeblikket, arbejdet åbner op for en ny vej til fremstilling af enkeltfotoner på forespørgsel.

"Evnen til at producere enkeltfoton på forespørgsel er enormt vigtig for fremtidige applikationer inden for kvantekommunikation og optisk kvanteinformationsbehandling, "siger lektor Thomas Volz fra Institut for Fysik og Astronomi og seniorforfatteren på papiret." Tænk på ubrydelig kryptering, superhurtige computere, mere effektive computerchips eller endda optiske transistorer med minimalt strømforbrug. "

I øjeblikket skabes enkeltfotosendere typisk ved materialeteknik-hvor selve materialet er samlet på en sådan måde, at 'kvante'-adfærden er indbygget.

Men denne standardmetode står over for alvorlige begrænsninger på mindre og mindre skalaer, fordi det er ekstremt udfordrende at producere identiske enkeltfotosendere ved hjælp af ren materialeteknik.

"Det betyder, at vores tilgang kunne være meget mere egnet til massiv opskalering, når vi er i stand til at øge styrken af ​​de kvantesignaturer, vi producerer. Vi kan muligvis lave identiske kvanteemittere fra halvledere ved fotonananostrukturteknik, snarere end ved direkte materialeteknik, "siger Dr. Guillermo Munoz Matutano, også fra Macquarie og hovedforfatter af papiret.

"Selvom applikationer fra den virkelige verden stadig er et stykke væk, vores papir beskriver en stor milepæl, som især polaritonsamfundet har ventet på i de sidste ti til femten år. Det regime, hvor polaritoner interagerer så stærkt, at de kan præge kvantesignaturer på fotoner, har ikke været tilgængelig til dato og åbner en helt ny legeplads for forskere inden for området, «siger Thomas.