Quantum information får et løft fra tyndfilmsgennembrud

Bestræbelser på at skabe pålidelig lysbaseret kvanteberegning, kvantnøglefordeling for cybersikkerhed, og andre teknologier fik et boost fra en ny undersøgelse, der demonstrerede en innovativ metode til at skabe tynde film til at kontrollere emission af enkeltfotoner.

"Effektiv styring af visse tyndfilmsmaterialer, så de udsender enkeltfotoner på præcise steder-det, der kaldes deterministisk kvanteemission-baner vejen for kvantematerialer uden for laboratorieskala, "sagde Michael Pettes, en Los Alamos National Laboratory materialeforsker og leder af multi-institutionens forskerhold.

Skalerbarheden af ​​disse todimensionale, wolfram/selen tynde film gør dem potentielt nyttige i processer til fremstilling af kvanteteknologier. Enkelfotogenerering er et krav for all-optisk kvanteberegning og nøgledistribution i kvantekommunikation, og det er afgørende for at fremme kvanteinformationsteknologier.

Projektet, dokumenteret som en fremhævet artikel i tidsskriftet Anvendt fysik bogstaver denne uge, udnytter belastning på meget rumligt lokaliserede og godt adskilte emissionssteder, eller tips, i en wolfram/selenfilm. Holdet syntetiserede filmen gennem kemisk dampaflejring ved hjælp af et flertrins, diffusionsmedieret gaskilde.

Fordi materialet er meget tyndt, det overholder spidsernes radius, og materialet bøjer mod substratet med mere end et par procent, som nogen, der ligger på en seng med negle. Den resulterende belastning er nok til at ændre den elektroniske struktur, men kun ved tipsene. Det berørte område udsender lys med en anden farve og natur end lys fra resten af ​​filmen.

"Selvom der er behov for mere forskning for fuldt ud at forstå mekanisk deformations rolle i skabelsen af ​​disse kvanteemissionssteder, vi muligvis muliggør en rute til at kontrollere kvanteoptiske egenskaber ved at bruge stamme, "Sagde Pettes." Disse enkeltfotonkilder danner grundlaget for fotonikbaserede, alle optiske kvanteberegningsskemaer. "

Konstruktion af kvanteemission i 2-D materialer er stadig i en meget tidlig fase, forfatterne bemærker. Mens undersøgelser har observeret enkelte fotoner, der stammer fra defekte strukturer i disse materialer, tidligere arbejde har antydet, at ikke-ensartede belastningsfelter kan styre effekten. Imidlertid, mekanismen, der er ansvarlig for dette nye fænomen, er stadig uklar og er fokus for det igangværende arbejde i Los Alamos.