Team laver kunstige atomer, der virker ved stuetemperatur

Ultrasikker online kommunikation, fuldstændigt uoverskueligt, hvis det opsnappes, er et skridt nærmere ved hjælp af en nylig offentliggjort opdagelse af University of Oregon fysiker Ben Alemán.

Alemán, medlem af UO's Center for Optisk, Molekylær, og kvantevidenskab, har lavet kunstige atomer, der arbejder under omgivende forhold. Forskningen, offentliggjort i tidsskriftet Nano bogstaver , kunne være et stort skridt i bestræbelserne på at udvikle sikre kvantekommunikationsnetværk og helt optisk kvantecomputere.

"Det store gennembrud er, at vi har opdaget en enkel, skalerbar måde at nanofremstille kunstige atomer på en mikrochip, og at de kunstige atomer arbejder i luft og ved stuetemperatur, " sagde Alemán, også medlem af UO's Materials Science Institute.

"Vores kunstige atomer vil muliggøre masser af nye og kraftfulde teknologier, " sagde han. "I fremtiden, de kunne bruges til sikrere, mere sikker, helt privat kommunikation, og meget mere kraftfulde computere, der kunne designe livreddende lægemidler og hjælpe videnskabsmænd med at få en dybere forståelse af universet gennem kvanteberegning."

Joshua Ziegler, en ph.d.-studerende forsker i Alemáns laboratorium, og kolleger borede huller - 500 nanometer brede og fire nanometer dybe - i et tyndt todimensionelt ark af sekskantet bornitrid, som også er kendt som hvid grafen på grund af sin hvide farve og atomare tykkelse.

For at bore hullerne, holdet brugte en proces, der ligner trykvask, men i stedet for en vandstråle bruger en fokuseret stråle af ioner til at ætse cirkler ind i den hvide grafen. De opvarmede derefter materialet i ilt ved høje temperaturer for at fjerne rester.

Ved hjælp af optisk konfokal mikroskopi, Ziegler observerede derefter små pletter af lys, der kom fra de borede områder. Efter at have analyseret lyset med fotontællingsteknikker, han opdagede, at de enkelte lyse pletter udsendte lys på det lavest mulige niveau - en enkelt foton ad gangen.

Disse mønstrede lyse pletter er kunstige atomer, og de har mange af de samme egenskaber som rigtige atomer, som en enkelt foton emission.

Med projektets succes, Alemán sagde, UO er nu foran flokken i bestræbelserne på at udvikle sådanne materialer inden for kvanteforskning. Og det giver et smil på Alemáns ansigt.

Da han kom til UO i 2013, han havde planlagt at forfølge ideen om, at kunstige atomer kunne skabes i hvid grafen. Imidlertid, før Alemán kunne sætte sin egen forskning i gang, et andet universitetshold identificerede kunstige atomer i flager af hvid grafen.

Alemán søgte derefter at bygge videre på denne opdagelse. Fremstilling af de kunstige atomer er det første skridt mod at udnytte dem som kilder til enkelte lyspartikler i kvantefotoniske kredsløb, han sagde.

"Vores arbejde giver en kilde til enkelte fotoner, der kunne fungere som bærere af kvanteinformation eller som qubits. Vi har mønstret disse kilder, at skabe så mange vi vil, hvor vi vil, " sagde Alemán. "Vi vil gerne mønstre disse enkelte foton-emittere i kredsløb eller netværk på en mikrochip, så de kan tale med hinanden, eller til andre eksisterende qubits, som solid-state spins eller superledende kredsløbsqubits."