Fotoni unici de la echipa de cercetare a cipului de siliciu au dezvoltat o sursă nouă pentru
Arborele genealogic al Căii Lactee
Control complet integrat al nanodiamantelor
Un pic mai aproape de soare
Distanțe față de stele
Ceea ce face strălucirea stelelor
Stradă cu sens unic pentru electroni
Sute de exemplare ale lui Newton's Philosophiae Naturalis Principia Mathematica găsite într-un nou număr
Sistemul nostru solar a fost format în mai puțin de 200.000 de ani
Sănătos pentru Marte
Fotoni unici din cipul de siliciu: echipa de cercetare dezvoltă o sursă nouă pentru particulele de lumină cuantice
Știri despre fizică din 15.09.2020 optică cuantică
Tehnologia cuantică este foarte promițătoare: în câțiva ani, computerele cuantice sunt setate să revoluționeze căutările în baze de date, sistemele AI și calculele de simulare. Chiar și astăzi, criptografia cuantică poate garanta transferul de date care este absolut sigur împotriva ascultării, deși cu restricții. Este avantajos dacă noile tehnologii sunt cât se poate de compatibile cu electronica anterioară pe bază de siliciu. Exact acolo unde fizicienii de la HZDR și TU Dresda au făcut progrese remarcabile: echipa a proiectat o sursă de lumină bazată pe siliciu care generează fotoni individuali care se pot propaga bine în fibrele de sticlă.
Tehnologia cuantică se bazează pe controlul comportamentului particulelor cuantice cât mai precis posibil, de exemplu prin blocarea atomilor individuali în capcane magnetice sau trimiterea particulelor de lumină individuale - așa-numiții fotoni - prin fibrele de sticlă. Aceasta din urmă stă la baza criptografiei cuantice, un tip de comunicare practic rezistent la erori: dacă un hoț de date interceptează fotonii, el le distruge inevitabil proprietățile cuantice. Dar acest lucru nu rămâne ascuns de expeditorii și destinatarii mesajului - aceștia pot întrerupe transmisia, care a devenit nesigură, în timp.
M. Hollenbach, Y. Berencén, U. Kentsch, M. Helm, G. Astakhov Izolarea emițătoarelor de fotoni monofonic în siliciu pentru fotonică cuantică scalabilă Optics Express, 2020
Acest lucru necesită surse de lumină care livrează fotoni individuali. Astfel de sisteme există deja, în special cele bazate pe diamante. Cu toate acestea, au un singur neajuns: „Aceste surse de diamant pot genera doar fotoni cu frecvențe care nu sunt potrivite pentru transmiterea fibrelor optice”, explică fizicianul HZDR Dr. Georgy Astakhov. „Aceasta este o limitare semnificativă pentru utilizarea practică.” Așa că Astakhov și echipa sa au preluat un material diferit - materialul electronic de bază încercat și testat siliciu.
100.000 de fotoni unici pe secundă
Pentru a induce materialul să genereze fotonii în infraroșu necesari pentru comunicarea cu fibră optică, experții l-au supus unui tratament special: folosind un accelerator din centrul fasciculului de ioni HZDR, au tras carbon în siliciu într-o manieră țintită. Acest lucru a creat așa-numiții centre G în material - doi atomi de carbon vecini care împreună cu un atom de siliciu formează un fel de atom artificial.
Dacă acest atom artificial este iradiat cu lumină laser roșie, acesta emite fotonii infraroșii doriti cu o lungime de undă de 1,3 micrometri - o frecvență care este extrem de potrivită pentru transmiterea fibrelor optice. "Prototipul nostru poate genera 100.000 de fotoni individuali pe secundă", relatează Astakhov. „Și funcționează stabil, chiar și după câteva zile de funcționare continuă, nu am observat nicio deteriorare.” Cu toate acestea, sistemul funcționează doar în condiții de frig extrem - fizicienii trebuie să-l răcească la temperaturi de minus 268 grade Celsius cu heliu lichid.
„Am putut arăta pentru prima dată că este posibilă o singură sursă de fotoni bazată pe siliciu”, spune colegul lui Astakhov, Dr. Dincolo de Berencén. „Prin urmare, pare practic posibil să se integreze astfel de surse cu alte componente optice pe un cip.” Printre altele, pare util să cuplăm noua sursă de lumină cu așa-numitul rezonator. Acest lucru ar putea rezolva următoarea problemă: Până în prezent, fotonii infraroșii au venit în mare parte din sursă din întâmplare. Pentru utilizarea în comunicarea cuantică, totuși, ar fi necesar să putem genera fotoni în mod specific la cerere.
Sursă de lumină pe un cip
Cercetătorii ar putea regla acest rezonator astfel încât să atingă exact lungimea de undă a sursei de lumină. Acest lucru ar permite creșterea numărului de fotoni generați atât de mult încât ar fi disponibili în orice moment al timpului. „Sa dovedit deja că astfel de rezonatoare pot fi construite din siliciu”, raportează Berencén. „Legătura care lipsea încă a fost o sursă bazată pe siliciu pentru fotoni individuali. Și exact asta am reușit să implementăm acum ".
Dar înainte ca o aplicație practică să poată fi luată în considerare, cercetătorii HZDR trebuie să rezolve în continuare o serie de probleme - cum ar fi o producție mai direcționată a noilor surse de telecomunicații fotonice. „Pentru a face acest lucru, vrem să încercăm să implantăm carbonul în siliciu mai precis decât înainte”, explică Georgy Astakhov. "Cu centrul fasciculului de ioni, HZDR are o infrastructură ideală pentru a transforma astfel de idei în realitate."