Carbon nanorør-optik klar til at give vej til optisk-baseret kvantekryptografi og kvanteberegning

Forskere ved Los Alamos og partnere i Frankrig og Tyskland udforsker det øgede potentiale af kulstofnanorør som enkeltfoton-emittere til kvanteinformationsbehandling. Deres analyse af fremskridt på området er offentliggjort i denne uges udgave af tidsskriftet Naturmaterialer .

"Vi er særligt interesserede i fremskridt inden for nanorør-integration i fotoniske hulrum til manipulation og optimering af lys-emissionsegenskaber, " sagde Stephen Doorn, en af ​​forfatterne, og en videnskabsmand ved Los Alamos National Laboratory-stedet for Center for Integrated Nanotechnologies (CINT). "Ud over, nanorør integreret i elektroluminescerende enheder kan give større kontrol over timing af lysemission, og de kan nemt integreres i fotoniske strukturer. Vi fremhæver udviklingen og den fotofysiske sondering af kulstof-nanorør-defekttilstande som ruter til stuetemperatur-enkeltfotonemittere ved telekommunikationsbølgelængder."

Holdets oversigt blev udarbejdet i samarbejde med kolleger i Paris (Christophe Voisin), som fremmer integrationen af ​​nanorør i fotoniske hulrum for at ændre deres emissionshastigheder, og i Karlsruhe (Ralph Krupke), hvor de integrerer nanorør-baserede elektroluminescerende enheder med fotoniske bølgelederstrukturer. Los Alamos fokus er analysen af ​​nanorørsdefekter til at skubbe kvantemission til stuetemperatur og telekommunikationsbølgelængder, han sagde.

Som avisen bemærker, "Med fremkomsten af ​​højhastighedsinformationsnetværk, lys er blevet den vigtigste verdensomspændende informationsbærer. . . . Enkeltfotonkilder er en vigtig byggesten for en række forskellige teknologier, i sikker kvantekommunikation metrologi eller kvanteberegningssystemer."

Brugen af ​​enkeltvæggede kulstof nanorør i dette område har været et fokus for Los Alamos CINT-teamet, hvor de udviklede evnen til kemisk at modificere nanorørstrukturen for at skabe bevidste defekter, lokalisere excitoner og kontrollere deres frigivelse. Næste skridt, Doorn bemærker, involverer integration af nanorørene i fotoniske resonatorer, at give øget kildelysstyrke og at generere fotoner, der ikke kan skelnes. "Vi er nødt til at skabe enkelte fotoner, der ikke kan skelnes fra hinanden, og som er afhængig af vores evne til at funktionalisere rør, der er velegnede til enhedsintegration og til at minimere miljøinteraktioner med defekte steder, " han sagde.

"Ud over at definere state of the art, vi ønskede at fremhæve, hvor udfordringerne er for fremtidige fremskridt og opstille nogle af, hvad der kan være de mest lovende fremtidige retninger for at komme videre på dette område. Ultimativt, vi håber at tiltrække flere forskere på dette område, " sagde Doorn.