Fotone che emette' luce

Università di Leida

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Un dottorato di ricerca Il candidato ha sviluppato una tecnica innovativa per creare gli elementi costitutivi elementari di un futuro computer quantistico o Internet in modo più controllato, aprendo una potenziale soluzione a molte delle sfide lungo la strada verso questa tecnologia a lungo cercata.

La tesi di dottorato di Petr Steindl, che ha difeso la settimana scorsa come tappa finale del suo dottorato. programma presso l'Università di Leiden in Germania, esplora una nuova tecnica per generare fotoni utilizzando punti quantici e microcavità.

"In parole povere, un punto quantico è una piccola isola di materiale semiconduttore", ha detto Steindl in una dichiarazione dell'Università di Leiden. "Poiché ha una dimensione di soli pochi nanometri, avverte effetti quantistici, proprio come un atomo."

A volte chiamati atomi artificiali, i punti quantici offrono un modo più controllabile per esplorare i fenomeni quantistici, rendendoli ideali per il compito di emettere singoli fotoni da un materiale.

Per fare questo, Steindl ha messo questa "isola" semiconduttrice in una microcavità, che è un buco di solo pochi nanometri di diametro in modo che possa passare attraverso di essa solo precise lunghezze d'onda della luce.

"Puoi immaginare questa cavità come due specchi uno di fronte all'altro", ha detto Steindl. “La luce laser rimbalza avanti e indietro tra di loro. Al punto quantico non piace interagire con la luce, ma la cavità ottica lo rende più probabile perché il laser passa davanti al punto molte volte”.

Questa luce alla fine interagisce con gli elettroni nel punto quantico, ed è qui che le cose si fanno interessanti per i ricercatori di computer quantistici.

"Il laser risonante eccita un elettrone nel punto quantico dal suo stato energetico fondamentale a uno più alto", ha detto Steindl. “Quando ritorna allo stato fondamentale, il punto quantico emette un singolo fotone. La microcavità dirige opportunamente questo fotone verso il resto della nostra configurazione”.

Separare il fotone dal laser è impegnativo poiché ha la stessa lunghezza d'onda del laser, ma secondo Steindl anche questo può essere risolto.

“La sfida, tuttavia, è separare questo fotone dalla luce laser. Ha la stessa lunghezza d'onda del laser ma una polarizzazione leggermente diversa. Puoi sfruttare questa proprietà per isolare il fotone”.

I singoli fotoni possono quindi essere utilizzati in tutti i tipi di altre tecnologie, in particolare nelle applicazioni di calcolo quantistico in cui i singoli fotoni possono avere potenti effetti quantistici.

"Sappiamo che i singoli fotoni sono utili per la sicurezza e l'autenticazione", ha affermato Steindl. “Ad esempio, puoi inviare due singoli fotoni identici da posizioni diverse su un divisore di raggio. Se questi fotoni arrivano in uno stato alterato o non contemporaneamente, sai che c’era un intercettatore”.

"Trovo assolutamente sorprendente costruire queste strutture leggere", ha aggiunto Steindl. “Il fatto che sia possibile farlo è sconcertante. Che possiamo comprendere la fisica a un livello così profondo. Sebbene sia affascinante, il potenziale delle applicazioni quantistiche mi sembra quasi un effetto collaterale”.