Ny multiplatform foton switch til anvendelse i kvanteteknologi

Et internationalt hold ledet af Institute of Materials Science (ICMUV) ved Valencia Universitet har udviklet en optisk (kvante) switch, der modificerer fotonernes emissionsegenskaber, partiklerne af elektromagnetisk stråling. Den nye enhed arbejder med ultrahurtige koblingstider og meget lavt energiforbrug og, i forhold til andre designs, det kan implementeres i en række halvlederplatforme og er af stor anvendelse i nuværende kvanteteknologier.

Holdet koordineret af Guillermo Muñoz Matutano, for nylig genindsat til ICMUV, har publiceret i tidsskriftet Kommunikationsfysik , fra Nature Publishing Group, designet, bygning, eksperimentel måling og simulering af denne fotonkontakt.

Funktionsprincippet for enheden er baseret på den nanostrukturerede halvlederkvanteindeslutningsteknologi, som er små strukturer af nanometrisk størrelse, der er i stand til at absorbere og udsende lys. Disse materialers optiske egenskaber, kaldet kvanteprikker, ligner dem for isolerede atomer, og deres udsendelse af lys sker fra foton til foton. De er meget interessante til at udvikle kvanteteknologier, da isolerede fotoner eller par af fotoner kan bruges til at reproducere overlappende eller sammenfiltringsforhold.

På nuværende tidspunkt en af ​​de videnskabelige og teknologiske udfordringer på dette område er rettet mod udviklingen af ​​logiske porte og optiske kredsløb, der kan udføre operationer med fotoner, og på denne måde, arbejde og ændre informationen under kvantebeskrivelsen. Derfor, værktøjer og materialer, der kan påvirke udsendelsen af ​​fotoner individuelt, er nødvendige. Af dem alle, dem, der manipulerer og kontrollerer fotoner ved hjælp af lys, er meget interessante, da kædede systemer kan bygges, eller de kan repræsentere store reduktioner i energiforbruget. Dette er tilfældet med helt optiske enheder.

Hovedidéen til arbejdet er blevet til gennem et samarbejde med forsker Massimo Gurioli, fra universitetet i Firenze og European N-linear Spectroscopy Laboratory. Under dette samarbejde blev processerne for akkumulering og mætning af ladningen i kvanteprikker af indiumarsenid (InAs) undersøgt i henhold til lyslaserens kraft og farve.

En af de enestående egenskaber ved den nye enhed er, at ved siden af ​​den midlertidige skift, en ændring af farven på den udsendte foton (dens bølgelængde) kan tilføjes, hvis der anvendes to forskellige lasere. Denne kvalitet giver os mulighed for at tænke på enheder til multipleksing af fotoner efter bølgelængde (kombinerer to eller flere informationskanaler i et transmissionsmedium), så hver farve på fotonen er forbundet med en af ​​disse kanaler. Endelig, det fysiske princip, som enheden fungerer efter, opfyldes af mange andre kvanteindeslutningsnanostrukturer, så dette nye design repræsenterer et generelt skema, der kan implementeres i en lang række halvlederplatforme.

Forskningen udført af et netværk af universiteter omfatter Optoelektroniske Materialer og Enheder (UMDO) af ICMUV, ledet af Juan P. Martínez Pastor, Professor ved Institut for Anvendt Fysik og Elektromagnetisme. Hovedmaterialerne i enheden blev fremstillet af gruppen af ​​Luca Saravalli, en forsker ved det italienske CNR, mens simuleringen af ​​dens drift blev udført gennem et samarbejde med Mattias Johnsson og Thomas Volz, af ARC Engineered Quantum Systems (EQUS) i Australien, hvor Guillermo Muñoz har arbejdet som seniorforsker de seneste tre år.