Skematisk af en nanoskala struktur kaldet en 'fotonisk krystalbølgeleder', der indeholder kvantepunkter, der kan interagere med hinanden, når de er indstillet til den samme bølgelængde. Kredit:Chul Soo Kim, US Naval Research Laboratory
Forskere ved U.S. Naval Research Laboratory (NRL) udviklede en ny teknik, der kunne muliggøre fremtidige fremskridt inden for kvanteteknologi.
Teknikken klemmer kvanteprikker, små partikler lavet af tusinder af atomer, at udsende enkeltfotoner (individuelle lyspartikler) med præcis samme farve og med positioner, der kan være mindre end en milliondel af en meter fra hinanden.
"Dette gennembrud kan fremskynde udviklingen af kvanteinformationsteknologier og hjerneinspireret computing, "sagde Allan Bracker, en kemiker på NRL og en af forskerne på projektet.
For at kvantepunkter kan "kommunikere" (interagere), de skal udsende lys ved samme bølgelængde. Størrelsen af en kvantepunkt bestemmer denne emissionsbølgelængde. Imidlertid, ligesom ingen snefnug er ens, ingen to kvanteprikker har nøjagtig samme størrelse og form - i hvert fald når de oprindeligt oprettes.
Denne naturlige variation gør det umuligt for forskere at skabe kvantepunkter, der udsender lys ved nøjagtig samme bølgelængde [farve], sagde NRL -fysiker Joel Grim, den ledende forsker på projektet.
"I stedet for at gøre kvanteprikker helt identiske til at begynde med, vi ændrer deres bølgelængde bagefter ved at krympe dem med laser-krystalliseret hafniumoxid, "Grim sagde." Den krympende omslag klemmer kvanteprikkerne, som forskyder deres bølgelængde på en meget kontrollerbar måde. "
Mens andre forskere tidligere har demonstreret "tuning" af kvantepunktsbølgelængder, det er første gang forskere har opnået det præcist i både bølgelængde og position.
”Det betyder, at vi ikke kun kan gøre det for to eller tre, men for mange kvantepunkter i et integreret kredsløb, som kunne bruges til optisk, frem for elektrisk computing, "Sagde Bracker.
Den brede bredde af forskerekspertise og videnskabelige aktiver på NRL gjorde det muligt for teamet at teste forskellige tilgange til at få dette quantum dot -gennembrud på relativt kort tid.
"NRL har interne faciliteter til krystalvækst, fremstilling af enheden, og kvanteoptiske målinger, "Det siger Grim." Det betyder, at vi straks kunne koordinere vores bestræbelser på at fokusere på hurtigt at forbedre materialegenskaberne. "
Ifølge Grim og Bracker, denne milepæl i manipulation af kvanteprikker kunne danne grundlag for fremtidige fremskridt på en række områder.
"NRL's nye metode til indstilling af bølgelængden af kvantepunkter kan muliggøre nye teknologier, der bruger kvantefysikkens mærkelige egenskaber til computing, kommunikation og sansning, "Bracker sagde." Det kan også føre til 'neuromorf' eller hjerneinspireret computing baseret på et netværk af bittesmå lasere. "
Applikationer, hvor plads og energieffektivitet er begrænsende faktorer, kan også drage fordel af denne banebrydende tilgang, sagde forskere.