Ultratynde kvantelyskilder:Forskere viser excitoniske interaktioner, der øger effektiviteten af ​​indviklet fotongenerering

Et team af forskere fra University of Cambridge har gjort et betydeligt gennembrud i udviklingen af ​​effektive sammenfiltrede fotonkilder, som er afgørende for forskellige anvendelser inden for kvanteteknologier. Deres resultater, offentliggjort i tidsskriftet Nature Nanotechnology, demonstrerer, hvordan excitoniske interaktioner i ultratynde halvledere kan forbedre effektiviteten af ​​sammenfiltrede fotongenerering betydeligt.

Entangled Photons:A Cornerstone of Quantum Technologies

Sammenfiltrede fotoner er par af fotoner, der udviser en unik korrelation, kendt som kvantesammenfiltring. Dette fænomen opstår fra lysets bølge-partikel-dualitet og har ingen klassisk pendant. Sammenfiltrede fotoner er blevet fundamentale byggesten for adskillige kvanteteknologier, herunder kvanteberegning, kvantekryptografi og kvantesansning.

Udfordringer i entangled Photon Generation

På trods af deres betydning er det stadig en betydelig udfordring at generere sammenfiltrede fotoner effektivt. Konventionelle metoder involverer ofte omfangsrige og komplekse optiske opsætninger, hvilket begrænser deres praktiske anvendelser. Halvlederkvantebrønde, som er tynde lag af halvledere, er dukket op som lovende kandidater til effektiv sammenfiltret fotongenerering på grund af deres stærke lys-stof-interaktioner. Effektiviteten af ​​indfiltrede fotongenerering i disse systemer er dog ofte begrænset af ikke-strålende rekombinationsprocesser, hvor energien fra de exciterede elektroner og huller går tabt som varme i stedet for at blive udsendt som fotoner.

Excitoniske interaktioner øger effektiviteten

I deres undersøgelse udnyttede Cambridge-forskerne eksitoniske interaktioner i ultratynde halvledere for at overvinde begrænsningerne ved konventionelle sammenfiltrede fotonkilder. Excitoner er kvasipartikler, der opstår fra den stærke binding af elektroner og huller i halvledere. Ved omhyggeligt at kontrollere tykkelsen og sammensætningen af ​​halvlederkvantebrøndene var forskerne i stand til at forbedre de excitoniske interaktioner, hvilket førte til en væsentlig stigning i effektiviteten af ​​indfiltrede fotongenerering.

Nøglefund og konsekvenser

Forskerne observerede en bemærkelsesværdig forbedring i effektiviteten af ​​den sammenfiltrede fotongenerering med en faktor på cirka 100 sammenlignet med konventionelle kvantebrøndstrukturer. Denne betydelige forbedring blev tilskrevet den øgede strålingsrekombinationshastighed lettet af excitoniske interaktioner. Desuden udviste de ultratynde kvantelyskilder en høj grad af polarisationssammenfiltring, hvilket gør dem velegnede til forskellige kvanteinformationsbehandlingsapplikationer.

Resultaterne har betydelige konsekvenser for udviklingen af ​​praktiske kvanteteknologier. De ultratynde kvantelyskilder tilbyder en kompakt og effektiv løsning til generering af sammenfiltrede fotoner, hvilket baner vejen for miniaturiserede og integrerede kvanteenheder. Disse fremskridt kan yderligere muliggøre gennembrud inden for kvanteberegning, kvantekommunikation og kvantesansning, hvilket bringer os tættere på at realisere kvanteteknologiernes fulde potentiale.