Fóton emitindo 'luz

Universidade de Leiden

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Um Ph.D. O candidato desenvolveu uma técnica inovadora para criar os blocos de construção elementares de um futuro computador quântico ou Internet de uma forma mais controlada, abrindo uma solução potencial para muitos dos desafios ao longo do caminho para esta tecnologia há muito procurada.

A tese de doutorado de Petr Steindl, que ele defendeu na semana passada como etapa final de seu doutorado. programa da Universidade de Leiden, na Alemanha, explora uma nova técnica para gerar fótons usando pontos quânticos e microcavidades.

“Simplesmente falando, um ponto quântico é uma pequena ilha de material semicondutor”, disse Steindl em comunicado da Universidade de Leiden. “Como tem apenas alguns nanômetros de tamanho, ele sente efeitos quânticos, assim como um átomo.”

Às vezes chamados de átomos artificiais, os pontos quânticos oferecem uma maneira mais controlável de explorar fenômenos quânticos, tornando-os ideais para a tarefa de emitir fótons únicos de um material.

Para fazer isso, Steindl colocou esta 'ilha' semicondutora em uma microcavidade, que é um buraco com apenas alguns nanômetros de diâmetro, de modo que só permite a passagem de comprimentos de onda precisos de luz.

“Você pode imaginar esta cavidade como dois espelhos frente a frente”, disse Steindl. “A luz do laser salta para frente e para trás entre eles. O ponto quântico não gosta de interagir com a luz, mas a cavidade óptica torna isso mais provável porque o laser passa pelo ponto muitas vezes.”

Essa luz eventualmente interage com os elétrons no ponto quântico, e é aí que as coisas ficam interessantes para os pesquisadores da computação quântica.

“O laser ressonante excita um elétron no ponto quântico de seu estado de energia fundamental para um estado mais elevado”, disse Steindl. “Quando volta ao estado fundamental, o ponto quântico emite um único fóton. A microcavidade direciona convenientemente este fóton para o resto da nossa configuração.”

Separar o fóton do laser é um desafio, pois ele tem o mesmo comprimento de onda do laser, mas isso também pode ser resolvido de acordo com Steindl.

“O desafio, porém, é separar esse fóton da luz laser. Tem o mesmo comprimento de onda do laser, mas uma polarização ligeiramente diferente. Você pode explorar essa propriedade para isolar o fóton.”

Os fótons únicos podem então ser usados ​​em todos os tipos de outras tecnologias, especialmente em aplicações de computação quântica, onde os fótons únicos podem ter efeitos quânticos poderosos.

“Sabemos que fótons únicos são úteis para segurança e autenticação”, disse Steindl. “Por exemplo, você pode enviar dois fótons únicos idênticos de locais diferentes em um divisor de feixe. Se esses fótons chegarem em um estado alterado ou não simultaneamente, você sabe que houve um bisbilhoteiro.”

“Acho totalmente incrível construir essas estruturas leves”, acrescentou Steindl. “O fato de ser possível fazer isso é incompreensível. Que podemos compreender a física em um nível tão profundo. Embora seja fascinante, o potencial para aplicações quânticas quase me parece um efeito colateral.”