Nanomittakaavan valonlähteitä voidaan nyt luoda aiempaa paremmalla tehokkuudella ja tarkkuudella, mikä antaa uusia mahdollisuuksia kehittää kvanttilaskentaa ja kvanttikryptografian kehitystä. Stevens Institute of Technologyn ja Columbia Universityn tutkijat ovat kehittäneet skaalautuvan menetelmän kvanttivalolähteiden suuren määrän luomisesta sirulle ennennäkemättömällä tarkkuudella.
Innovaatio avaa tietä paitsi murtamattomien salausjärjestelmien kehittämiselle mutta myös kvanttikoneille. - Skaalattavien kvanttivalolähteiden etsintä on ollut käynnissä 20 vuotta ja viime aikoina siitä on tullut kansallinen prioriteetti, toteaa Stefan Strauf, joka johti työtä ja on Stevensin Nanophotonic Labin johtaja.
- Tämä on ensimmäinen kerta, kun kukaan on saavuttanut tilaa koskevan hallintatason yhdistettynä tehokkuuteen sirulla, joka on skaalautuva, eli kaikki mitä tarvitaan kvanttiteknologioiden toteuttamiseen, Strauf sanoo.
Aikaisemmat tutkimukset ovat tuottaneen kvanttiemittereitä määritellyissä paikoissa, mutta ne eivät ole olleet skaalautuvia tai tehokkaita yksittäisten fotonien laukaisemiseksi riittävän usein ollakseen käytännön kannalta hyödyllisiä. Straufin ja hänen tiiminsä kehittämällä emitterillä voidaan emittoida tehokkaasti fotoneja tarpeen mukaan.
Tutkijat venyttivät kultaisen kuution päälle WSe2-puolijohdekalvon niin, että se ulottuu kulmien yli ja muodostaa terävään kohtaan tehokkaan plasmonisen nanokaviteetin. Lisäksi kultaisen nanokuution alla on pienen raon päässä kultainen peili, mikä luo optisen antennin. Tämä suppiloi kaikki fotonit tuohon viiden nanometrin rakoon keskittämällä näin kaiken energian.
Tuloksena on ennätystaso: 42 miljoonaa yksittäistä fotonia sekunnissa. Tutkijoiden mukaan emitterit ovat erittäin vakaita. Useimmat kvanttiemitterit on pidettävä jäähdytettynä -273 °C:een, mutta uusi tekniikka toimii -70 °C:n lämpötilassa. Tutkijoiden mukaan rakenteella on saavutettavissa myös huonelämpötilainen toiminta.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 7.11.2018
